BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Dunia otomotif yang semakin berkembang menuntut perubahan agar alat transportasi lebih baik, tidak hanya pada mesinnya yang irit bahan bakar melainkan juga pada tingkat kenyamanan dalam berkendara. Salah satunya adalah perubahan pada sistem transmisi. Sistem transmisi dibuat untuk memperoleh momen yang sesuai. Seiring perkembangan zaman masyarakat menginginkan kemudahan dalam berkendara, yang mana sitem transmisipun ikut menyesuaikan perubahan tersebut. Perubahan tersebut dimulai dari pemindahan transmisi dengan kopling manual menjadi pemindahan transmisi dengan kopling otomatis. Sekarang ini, terdapat dua sistem transmisi yang umum, yaitu transmisi manual dan transmisi otomatis. Transmisi manual merupakan salah satu jenis transmisi yang banyak digunakan dengan alasan lebih irit dan lebih gesit menghadapi medan jalan. Biasanya transmisi manual terdiri dari 3 sampai dengan 6 speed. Dengan kondisi perkotaan yang padat membuat transmisi manual menjadi tidak nyaman karena harus mengganti transmisi secara berulang-ulang maka dibuatlah transmisi otomatis, seperti transmisi otomatis pada motor Honda Spacy Helm in PGM-FI. Transmisi otomatis atau yang dikenal dengan sebutan Continuous Variable Transmision (CVT) adalah transmisi yang dapat membuat kita dapat merasakan kenyamanan karena kita hanya perlu menarik gas tanpa memindahkan transmisi karena transmisi akan berpindah secara otomatis. Tidak hanya kemudahan dalam berkendara tetapi juga kemudahan dalam perawatan transmisi dan tampilan yang futuristik membuat masyarakat makin melirik sepeda motor jenis ini. Sistem transmisi otomaatis pada kendaraan saat inilah memicu penulis untuk menggali lebih jauh tentang transmisi otomatis pada motor Honda Spacy Helm in PGM-FI, dan merupakan latar belakang penulis untuk meredesain transmisi otomatis pada motor Honda Spacy Helm in PGMFI.
1.2 Permasalahan Berdasarkan uraian latar belakang di atas, ada beberapa masalah yang perlu untuk diangkat sebagai bahan analisa dan juga sebagai bahan laporan yakni; bagaimana prinsip
1
kerja dari sistem transimisi otomatis Honda Spacy Helm in PGM-FI dan merancang elemenelemen yang digunakan pada transmisi otomatis Honda Spacy Helm in PGM-FI. 1.3 Batasan Masalah Untuk lebih mengarahkan pembahasan, maka dalam perencanaan elemen mesin ini penulis mengambil batasan perencanaan mengenai analisis elemen-elemen mesin terdapat pada transmisi otomatis Honda Spacy Helm-in PGM FI yang meliputi analisis poros, pasak, sabuk, serta puli.
1.4 Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari penulisan Perencanaan Elemen Mesin ini adalah : 1. Memenuhi syarat kelulusan Perencanaan Elemen Mesin. 2. Mengetahui hal-hal yang menjadi komponen transmisi otomatis. 3. Menghasilkan data yang dapat digunakan untuk perencanaan lebih lanjut.
2
BAB II DASAR TEORI
2.1 Sistem Transmisi Otomatis (Continous Variable Transmission) Honda Spacy Helm in PGM-FI menggunakan sistem transmisi CVT. Sistem Transmisi CVT atau Continous Variable Transmission adalah transmisi otomatis yang bekerja berdasarkan gaya sentrifugal dan gaya gesek yang terjadi pada komponen CVT. Perpindahan kecepatan secara full otomatis sesuai dengan putaran engine. Pada sistem CVT ini tidak lagi menggunakan transmisi, akan tetapi sebagai pengantinya digunakan dua buah pulley yang dihubungkan dengan sabuk v-belt. Dengan sistem ini pengendara tidak perlu lagi mengoperasikan perpindahan gigi. Hanya dengan memutar handle gas untuk menambah dan mengurangi kecepatan sepeda motor. Mekanisme CVT ini terletak dalam sebuah ruangan yang tertutup dan dilengkapi dengan sistem pendinginan untuk mengurangi panas yang timbul karena gesekan. Tujuan diletakkan di ruangan tertutup agar tidak terkena kotoran sehingga komponen CVT tetap terjaga dari kotoran baik berupa debu, air maupun minyak.
Gambar 2.1 Continous Variable Transmission (CVT)
Komponen sistem transmisi otomatis atau CVT bisa dilihat di gambar 2.1. Dimana primary pulley berhubungan langsung dengan crank shaft, sedangkan secondary pulley
3
berhubungan langsung dengan final gear dan langsung ke roda belakang. Diameter kedua pulley ini dapat berubah-ubah. Perubahan primary pulley sesuai dengan putaran engine berdasarkan gaya sentrifugal. Semakin tinggi putaran engine maka gaya sentrifugal pada roller semakin besar dan menyebabkan diameter primary pulley semakin mengecil. Sedangkan perubahan secondary pulley berdasarkan tarikan primary pulley. Apabila primary pulley memiliki diametr yang kecil maka diameter secondary pulley akan semakin besar dan sebaliknya semakin besar diameter primary pulley maka diameter secondary pulley akan semakin mengecil. Berubahnya diameter pada secondary pulley berdasarkan tarikan v-belt dari primary pulley. Adapun kelebihan dan kekurangan CVT akan diuraikan dibawah ini : 1. Kelebihan CVT
CVT memberikan perubahan torsi tanpa adanya hentakan.
CVT memberikan kenyamanan lebih dibandingkan dengan sistem manual, karena CVT tidak ada lagi proses memindah gigi. Kecepatan tergantung padaputaran engine.
CVT memiliki konstruksi yang lebih sederhana dari pada sistem manual.
Perawatan CVT tergolong lebih mudah jika dibandingkan dengan transmisi manual.
CVT memberikan perubahan kecepatan dengan lembut.
2. Kekurangan CVT
Putaran awal membutuhkan putaran yang tinggi.
Bukaan gas cenderung lebih besar, karena dibutuhkan putaran tinggi untuk bisa bergerak dan merubah rasio.
Penggunaan bahan bakar yang tidak efisien.
Komponen engine lebih cepat aus karena karakteristik engine bekerja pada putaran tinggi.
Engine brake sangat kecil sehingga penggunaan rem lebih dominan dan kemungkinan rem terbakar atau rem cepat aus.
Saat melewati jalan yang menurun akan sulit dikendalikan karena engine brake kecil.
4
2.1.1 Komponen CVT Sistem CVT memiliki komponen yang jauh berbeda dengan transmisi manual. Beberapa komponen CVT akan ditunjukkan pada gambar 2.2 dibawah ini :
Gambar 2.2 Komponen CVT Keterangan gambar : A. Crankshaft B. Primary sliding sheave
F. Primary drive gear shaft G. Clutch housing
C. Weight / Pemberat D. Secondary fixed sheave E. Secondary sliding sheave
H. Clutch carrier I. V-belt J. Primary fixed sheave
Sistem CVT terbagi atas dua bagian besar yaitu : 1. Primary pulley Pada bagian primary pulley ini terdapat beberapa komponen lainnya yaitu : a. Primary Fixed sheave Primary fixed sheave merupakan salah satu bagian dari pulley yang berkaitan langsung dengan crankshaft dan cam secara fix. Pada primary fixed sheave terdapat sirip pendinginan, sehingga pada saat primary fixed sheave berputar akan menghasilkan tiupan udara layaknya kipas angin. Hal ini bertujuan untuk menjaga temperatur ruang CVT agar tidak terlalu panas. Apabila terlalu panas maka komponen CVT akan lebih
5
cepat mengalami aus terutama komponen yang bergesekan seperti V-belt dan pulley serta roller. Gambar primary fixed sheave bisa dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini.
Gambar 2.3 Primary Fixed sheave b.
Primary sliding sheave Primary fixed sheave merupakan salah satu bagian dari pulley yang dapat bergesergeser
melalui
collar/spacer.
Bergeraknya
primary
sliding
sheave
ini
akan
mengakibatkan v-belt terdesak ke arah luar pulley saat putaran tinggi maupun bergeser ke arah dalam pulley.
c.
Collar/spacer Collar/spacer merupakan lintasan primary sliding sheave, sehingga sliding sheave dapat bergerak dengan mudah.
d.
Primary sheave weight Primary sheave weight merupakan bagian dari primary pulley yang mendorong sliding sheave karena adanya gaya sentrifugal yang bekerja. Saat weight terlempar karena adanya gaya sentrifugal diameter primary pulley akan berubah menjadi lebih besar. Semakin tinggi putaran engine akan menghasilkan gaya sentrifugal yang besar maka roller juga akan semakin menekan primary sliding sheave. Gambar primary sheave weight bisa dilihat pada gambar 2.4 dibawah ini.
6
Gambar 2.4 Primary sheave weight
e. Cam plate/slider Cam plate merupakan bagian dari primary pulley yang terpasang fix pada poros, sehingga pada saat weight bekerja cam plate ini menjadi tempat tumpuan untuk mendorong sliding sheave. Permukaan cam plate/ slider ini membentuk tirus, sehingga saat roller bergerak ke arah luar roller akan mendesak primary slider sheave. Dengan begitu primary sliding sheave akan mendesak v-belt kearah luar dan menyebabkan diameter pulley menjadi besar.
f. Plastic slider guide Plastic slider guide berfungsi untuk menuntun jalannya pergerakan antara cam plate/slider dan primary sliding sheave, sehingga pergerakan sliding sheave tidak keluar dari alurnya. Gambar plastic slider guide bisa dilihat pada gambar 2.5 dibawah ini.
Gambar 2.5 Plastic slider guide Secara keseluruhan komponen primary pulley bisa dilihat pada gambar 2.6 di bawah ini :
7
Gambar 2.6 Komponen Primary Pulley
2.
Secondary pulley Pada secondary pulley ini juga terdapat beberapa komponen diantaranya :
a.
Secondary fixed sheave Secondary fixed sheave ini berada pada poros primary drive gear melalui bearing
dan clutch carrier yang terpasang di fixed sheave. Secondary fixedsheave ini tidak memiliki sirip pendinginan layaknya primary fixed sheaves.
8
b.
Secondary sliding sheave Secondary sliding sheave bagian pada secondary pulley yang berubah-ubah
posisinya untuk mengatur diameter secondary pulley. Gambar secondary sliding sheave bisa dilihat pada gambar 2.7 dibawah ini.
Gambar 2.7 Secondary sliding sheave
c. Clutch carrier Clutch carrier yaitu komponen
secondary pulley yang memutus
dan
menghubungkan putaran dari engine ke roda berdasarkan putaran. Semakin tinggi putaran dari engine maka clutch carrier akan terhubung dengan clutch housing. Gambar clutch carrier bisa dilihat pada gambar 2.8 dibawah ini.
Gambar 2.8 Clucth carrier 9
d.
Clutch housing Clutch housing merupakan komponen yang terhubung langsung dengan poros input final gear. Jika clutch carrier mengembang dan menekan dinding clutch housing maka putaran dari engine akan diteruskan ke final gear dan roda. Gambar clutch housing bisa dilihat pada gambar 2.9 dibawah ini.
Gambar 2.9 Clutch housing e. Spring Spring ini berfungsi untuk menekan secondary pulley agar diameter secondary pulley tetap dalam keadaan besar. Gambar spring ditunjukkan pada gambar 2.10 dibawah ini.
Gambar 2.10 Spring f.
Pin guide/torque cam Pin guide ini berperan saat putaran beban. Putaran yang tinggi dan beban berat maka pin guide ini akan mengunci posisi secondary pulley dan menjaga diameter secondary pulley tetap dalam diameter besar.
10
Gambar secara keseluruhan komponen secondary pulley ditunjukkan pada gambar 2.11 dibawah ini.
Torque cam Clutch carrier Rumah kopling
Pulley tetap
Pulley bergerak
Gambar 2.11 Komponen Secondary Pulley 3.
V-Belt V-belt merupakan penghubung dan penerus putaran dari primary pulley dan secondary pulley. Terbuat dari bahan kevlar yang tahan gesek dan tahan panas. V-belt ini harus diperiksa secara berkala dan apabila telah aus yang ditandai dengan retak-retak maka v-belt harus diganti dengan yang baru. Gambar V-belt ditunjukkan pada gambar 2.12 dibawah ini.
11
Gambar 2.12 V-belt
4.
Final gear/reduction gear Final gear berfungsi untuk menaikkan torsi dan mereduksi putaran. Sehingga torsi pada final gear akan dinaikkan kembali setelah torsi dinaikkan oleh perbandingan diameter pulley. Pada akhirnya dapat diperoleh torsi yang besaruntuk menggerakkan kendaraan. Gambar fina gear ditunjukkan pada gambar 2.13 dibawah ini.
Gambar 2.13 Final gear
12
2.1.2 Cara Kerja CVT Skema Perpindahan Tenaga Pada Sistem
Pedal starter kaki
Kopling satu arah
Motor Starter
Gir Starter
Clutch carrier
Rumah Kopling
As roda gigi primer
Crank shaft
Pulley Primer
Pulley Sekunder
Drive axle
V-belt
Roda Belakang
Gambar 2.14 Proses perpindahan tenaga pada CVT 1.
Pada Saat Putaran Langsam/Idle Putaran dari crankshaft akan diteruskan ke primary pulley dan diteruskan ke secondary pulley melalui perantara v-belt. Karena putaran belum mampu untuk mengembangkan kopling sentrifugal maka putaran hanya sampai di cluth carrier. Gambar pulley saat putaran langsam ditunjukkan pada gambar 2.15 dibawah ini.
Gambar 2.15 Pulley saat putaran langsam
13
2.
Pada Saat Putaran Rendah (Saat mulai berjalan) Putaran dari crankshaft akan diteruskan ke primary pulley dan diteruskan ke secondary pulley melalui perantara v-belt. Karena putaran telah mampu mengembangkan kopling sentrifugal maka putaran akan diteruskan dari clutch carrier ke clutch housing, sehingga putaran dapat diteruskan ke final gear dan berakhir di roda. Keadaan pulley saat putaran rendah seperti gambar 2.16 dibawah ini :
Gambar 2.16 Pulley saat putaran rendah 3. Pada Saat Putaran Menengah Putaran dari crankshaft akan diteruskan ke primary pulley dan diteruskan ke secondary pulley melalui perantara v-belt. Karena putaran telah mampu mengembangkan kopling sentrifugal maka putaran akan diteruskan dari clutch carrier ke clutch housing, sehingga putaran dapat diteruskan ke final gear dan berakhir di roda. Keadaan pulley saat putaran menengah ini sedikit berbeda dengan pada saat putaran rendah. Pada saat putaran menengah keadaan pulley dapat ditunjukkan seperti gambar 2.17 di bawah ini :
14
4.
Gambar 2.17 Pulley saat putaran menengah Pada Saat Putaran Tinggi Putaran dari crankshaft akan diteruskan ke primary pulley dan diteruskan ke secondary pulley melalui perantara v-belt. Karena putaran telah mampu mengembangkan kopling sentrifugal maka putaran akan diteruskan dari clutch carrier ke clutch housing, sehingga putaran dapat diteruskan ke final gear dan berakhir di roda. Pada saat putaran tinggi keadaan pulley kebalikan dari putaran rendah. Keadaan pulley saat putaran tinggi dapat ditunjukkan gambar 2.18 di bawah ini :
Gambar 2.18 Pulley saat putaran tinggi 2.2 SABUK-V Sabuk-V terbuat dari karet mempunyai penampang trapesium. Tenunan tetoron digunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk-V dibelikan dikelilingi puli yang berbentuk V. Bagian sabuk yang membelit mengalami kelengkungan sehingga lebar bagian dalam bertambah besar. Gaya gesek pun bertamabah karena pengaruh bentuk baji yang menghasilkan transmisi yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Konruksi sabuk-V dapat dilihat pada gambar 2.19 di bawah ini : Keterangan : 1.Terpal 2.Bagian penarik 3.Karet pembungkus 4.Bantal karet
15
Gambar 2.19 Konstruksi sabuk-V Transimisi sabuk-V hanya dapat menghubungkan poros-poros yang sejajar dengan arah putaran yang sama. Dibandingkan dengan transmisi roda gigi atau rantai, sabuk-V bekerja lebih halus dan tak bersuara untuk mempertinggi daya yang ditransmisikan, dapat dipakai beberapa sabuk-V yang dipasang menyebelah. Ukuran dan tipe sabuk-V ditunjukkan pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.20 Ukuran dan Tipe Sabuk-V
2.2.1
Persamaan-persamaan yang dipakai pada sabuk-V
1. Perbandingan Putaran (i) Karena sabuk-V biasanya digunakan untuk menurunkan putaran, maka perbandingan yang umum dipakai adalah perbandingan reduksi I (i>1) dimana : n1 =i(2.1) n2 Dimana: n1 adalah putaran puli penggerak (rpm) n2 adalah putaran puli yang digerakkan (rpm)
2. Daya Rencana ( Pd ) Daya rencana adalah daya yang dipakai patokan untuk perencanaan berikutnya. Dirumuskan sebegai berikut : Pd =P× f c (2.2) Dimana:
Pd
= daya rencana (kW)
P = faktor koreksi fc
= daya yang ditransmisikan (kW) 16
3. Momen Rencana Momen rencana disebut juga momen punter yang dirumuskan sebagai berikut : T =9,74. 105 kg .mm ×
Pd (2.3) n1
4. Diameter luar puli penggerak (d k ) Rumus yang dipakai adalah : d k =d p+ 2.k (2.4) Dimana : d k
= diameter luar puli penggerak (mm)
d p = diameter nominal puli penggerak (mm) 5. Diameter luar puli yang digerakkan (D k ) Rumus yang dipakai adalah : D k =D p +2. k (2.5) Dimana :
Dk
= diameter luar puli digerakkan (mm)
D p = diameter nominal puli digerakkan (mm) 6. Kecepatan linier sabuk-V (v) Rumus yang dipakai adalah : v=
d p × n1 (2.6) 60 ×1000
7. Panjang keliling sabuk-V (L) Rumus yang digunakan adalah : π 1 2 L=2 C+ ( d p + D p ) + ( D −d ) (2.7) 2 4C p p Dimana : L = panjang keliling sabuk-V (mm) C = jarak sumbu poros (mm) 8. Sudut kontak (θ) dari sabuk-V Rumus yang dipakai adalah :
17
0
θ=180 −
2.3
57 ( D p−d p ) (2.8) C
BANTALAN Bearing atau bantalan merupakan suatu elemen mesin yang digunakan untuk menahan
poros berbeban, beban tersebut dapat berupa beban aksial atau beban radial. Tipe bearing yang digunakan untuk bantalan disesuaikan dengan fungsi dan kegunaannya.Bearing atau bantalan berfungsi untuk menumpu atau memikul poros agar poros dapat berputar padanya.Bantalan harus kokoh untuk memungkinkan poros atau elemen mesin lainnya dapat bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak bekerja dengan baik, maka prestasi kerja seluruh sistem akan menurun atau tidak dapat bekerja semestinya. Jadi, jika disamakan pada gedung, maka bantalan dalam permesinan dapat disamakan dengan pondasi pada suatu gedung. 2.3.1
Prinsip Kerja Bantalan / Bearing Apabila ada dua buah logam yang bersinggungan satu dengan lainnya saling bergeseran maka akan timbul gesekan , panas dan keausan . Untuk itu pada kedua benda diberi suatu lapisan yang dapat mengurangi gesekan , panas dan keausan serta untuk memperbaiki kinerjanya ditambahkan pelumasan sehingga kontak langsung antara dua benda tersebut dapat dihindarai.
2.3.2
Jenis jenis Bearing / Bantalan 1. Berdasarkan Gerakan Bantalan Terhadap Poros
A. Bantalan Luncur Bantalan luncur adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung dengan halus dan aman. Jenis bantalan ini mampu menumpu poros dengan beban besar. Atas dasar arah beban terhadap poros maka bantalan luncur dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
a.
Bantalan Radial atau disebut jurnal bearing, dimana arah beban yang ditumpu bantalan adalah tegak lurus terhadap sumbu poros.
b.
Bantalan aksial atau disebut trust bearing, yaitu arah beban yang ditumpu bantalan adalah sejajar dengan sumbu poros.
c.
Bantalan luncur khusus adalah kombinasi dari bantalan radial dan bantalan aksial. 18
Karena gesekannya yang besar pada saat mulai jalan, maka bantalan luncur memerlukan momen awal yang besar. Pelumasan pada bantalan ini tidak begitu sederhana, karena gesekan yang besar akan menimbulkan panas pada bantalan, sehingga memerlukan pendinginan khusus. Arah pelumasan ada dua, yaitu:
Radial, yaitu arah pelumasan yang tegak lurus dengan sumbu poros.
Aksial, yaitu arah pelumasan yang sejajar dengan sumbu poros.
Gesekan kental pada umumnya terjadi antara poros dengan bantalannya. Pada waktu poros berputar, sebagian minyak pelumas yang melekat pada permukaan poros ikut terbawa berputar. Apabila kemudian celah di bawah poros menyempit menjadi lebih kecil daripada celah tempat minyak pelumas memasuki ruang bantalan, minyak pelumas yang terbawa berputar itu akan mengalir mengisi hambatan. Akibatnya, sebagian minyak pelumas akan mengalir kembali menimbulkan tekanan hidrodinamik di dalam lapisan minyak. Tekanan ini cukup kuat untuk mengangkat poros hingga menyentuh permukaan bantalan. Cara-cara pelumasan pada bantalan luncur :
a.
Pelumasan tangan Cara ini sesuai untuk beban ringan, kecepatan rendah atau kerja yang tidak terus-menerus. Kekurangannya bahwa aliran pelumas tidak selalu tetap atau pelumasan menjadi tidak teratur.
b.
Pelumasan tetes Dari sebuah wadah, minyak diteteskan dalam jumlah yang tetap dan teratur melalui sebuah katup jarum.
c.
Pelumasan sumbu Cara ini menggunakan sumbu yang dicelupkan dalam mangkok minyak sehingga minyak terisap oleh sumbu tersebut. Pelumasan ini dipakai seperti
dalam hal pelumasan tetes. d. Pelumasan percik Dari suatu bak penampung, minyak dipercikkan. Cara ini dipergunakan untuk melumasi torak dan silinder motor bakar torak yang berputaran tinggi. e. Pelumasan cincin Pelumasan ini menggunakan cincin yang digantungkan pada poros sehingga akan berputar bersamaan dengan poros sambil mengangkat minyak dari bawah. 19
f. Pelumasan pompa Di sini pompa digunakan untuk mengalirkan minyak ke dalam bantalan. Pelumasan pompa sesuai untuk keadaan kerja dengan kecepatan tinggi dan besar. g.
Pelumasan gravitasi Dari sebuah tangki yang diletakkan di atas bantalan, minyak dialirkan oleh gaya beratnya. Cari ini dipakai untuk kecepatan sedang dan tinggi pada kecepatan keliling sebesar 10 – 15. h. Pelumasan celup Sebagian dari bantalan dicelupkan ke dalam minyak pelumas.
B. Bantalan Gelinding Pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.Bantalan gelinding menggunakan elemen rolling untuk mengatasi gesekan antara dua komponen yang bergerak. Diantara kedua permukaan ditempatkan elemen gelinding seperti misalnya bola, rol, taper, dll. Kontak gelinding terjadi antara elemen ini dengan komponen lain yang berarti pada permukaan kontak tidak ada gerakan relatif. 2.3.3
Bahan bantalan
1. Bantalan Luncur Bahan bantalan luncur harus memenuhi persyaratan berikut :
Mempunyai kekuatan cukup (tahan terhadap beban dan kekerasan)
Dapat menyusaikan diri terhadap lenturan poros yang tidak terlalu besar atau terhadap perubahan bentuk yang kecil.
Mempunyai sifat anti las (tidak menempel) terhadap poros jika terjadi kontak atau gesekan antara logam dan logam 20
Sangat tahan karat.
Cukup tahan aus
Dapat mebenamkan kotoran atau debu kecil yang terkurung didalam bantalan
Murah harganya
Tidak terlalu terpengaruh oleh temperature
Tabel 1. Sifat-sifat bahan bantalan luncur.
Bahan Bantalan
Kekearasan HB
Tekanan maksimum yang diperbolehkan (Kg/mm2)
Temperatur Maksimal yang diperbolehkan (ºC)
Besi Cor
160 -180
0,3 - 0,6
150
Perunggu
50-100
0,7 – 2,0
200
Kuningan
80-150
1,5 – 6,0
200
Perunggu fosfor
100-200
0,6 – 1,0
250
Logam Putih berdasarkan Sn
20-30
0,6 - 1,0
150
Logam Putih berdasarkan Pb
15-20
0,6-0,8
150
Paduan Cadmium
30-40
1,0 - 1,4
250
Kelmet
20-30
1,0 – 1,8
170
Paduan Alumunium
45-50
2,8
100 – 150
Perunggu Timah Hitam
40-80
2,0 – 3,2
220 - 250
Sumber : Sularso (109)
21
2. Bahan bantalan Umum a. Paduan Tembaga, termasuk dalam golongan ini adalah perunggu, perunggu fosfor, dan perunggu timah hitam, yang sangat baik dalam kekuatan, ketahanan terhadap karat, ketahanan terhadap kelelahan, dan dalam penerusan panas. Kekakuannya membuat bahan ini sangat baik untuk bantalan mesin perkakas. Kandungan timah yang lebih tinggi dapat mempertinggi sifat anti las. b. Logam putih, termasuk dalam golongan ini adalah loga putih berdasar Sn (yang biasa disebut logam babit) dan logam putih berdasar Pb. Keduanya dipakai sebagai lapisan pada logam pendukungnya.
3. Bahan Untuk Bantalan Tanpa Pelumasan Bahan ini mengandung pelumas di dalamnya sehingga dapat dipakai sebagai bantalan yang melumasi sendiri. Bantalan semacam ini dipakai bila tidak memungkinkan perawatan secara biasa, yaitu : i.
Jika letak bantalan tidak memungkinkan pemberian pelumasan dari luar, atau jika pemakaian minyak tidak dikehendaki.
ii.
Jika bantalan mempunyai gerak bolak-balik
iii.
Untuk alat kimia dan pengolahan air
iv.
Untuk kondisi khusu seperti beban besar, temperature tinggi, temperature rendah, atau keadaan hampa.
a. Bantalan plastik, plastik adalah suatu bahan yang mempunyai sifat dapat melumasi sendiri dengan baik, sifatnya yang tahan korosi memungkinkan bahan ini bekerja di dalam air atau bahan kimia
22
b. Bahan logam yang diresapi minyak, contoh khas dari macam ini adalah bantalan besi cord an logam sinter yang diresapi minyak, dalam hal besi cor yang diresapi minyak dipakai besi cor yang berpori dengan perlakuan panas berulang kali. Bahan ini mempnyai bentuk yang mantap karena kekakuannya yang tinggi dan ketahanannya terhadap keausan. Logam sinter dibuat dari serbuk logam yang dipres dan minyak yang diresapkan dapat tinggal didalamnya, namun demikian, bantalan dengan bahan ini lebih cepat kehabisan minya k dan kondisi yang lebih berat lebih cepat aus. c. Pelumas padat, Bahan pelumas macam ini dipakai untuk keadaan khusus (temperature tinggi, kena bahan kimia, beban besar) diluar batas pemakaian tertentu . Bahan bantalan yang dipakai sebagai bahan dasar dimana pelumas padat dibenamkan adalah : untuk temperature tinggi, besi cor, dan tembaga, untuk bekerja di dalam bahan kimia 4. Bantalan Luncur Hidrostatik Bantalan semacam ini dipakai dibantalan utama meesin pada mesin perkakas presisi tinggi, misalnya pada meja putar mesit bubut vertical besar. Bahan bantalan dapat berupa minyak atau udara. Dalam hal ini minyak dan udara dialirkan dengan tekanan kedalam celah bantalan untuk mengangkat beban dan menghindari keausan atau penepalan pada waktu mesin berputar dengan putaran yang sangat rendah atau waktu start dimana lapisan minyak yang tidak ada atau belum mempunyai tekanan yang cukup tinggi. 5. Bahan Bantalan Khusus a. Bantalan Kayu, bahan khas untuk bantalan ini adalah lignum vitas persyaratan yang penting selain ketahanan, juga harus bebas dari zat-zat yang merusak serta anti las. Bantalan kayu dipakai dalam mesin pengolahan makanan dan perusahaan susu. Juga sering digunakan pada pompa air dan baling-baling kapal dimana pelumasannya dilakukan dengan air. b. Bantalan karet,dengan air sebagai pelumas, bantalan karet mempnyai koefesien gesek yang rendah. Karet mempunyai ketahanan yang baik terhadap keausan.
23
Selain itu juga dapat meredam bunyi dan getaran. Sebagai bantalan , dapat dipakai karet yang disemen atau karet melulu. Beban rata-rata yang dapat ditanggung adalah 0,5 (kg/mm²) atau kurang. c. Bantalan grafit karbon, grafit arang adalah bahan yang sepenuhnya dapat melumasi sendiri dan dapat bekerjda pada temperature tinggi. Karena secara kimia sanagt sukar bereaksi maka bahan ini mempunyai pemaikan yang sangat luas, penambahan serbuk babit, perak, atau tembaga, dapat memperbaiki sifat-sifatnya sebagai bantalan, perbedaan antara koefesien gesek kinetis (dalam keadaan bergerak) pada grafit karbon kecil. d. Bantalan permata, pada alat ukur banyak dipakai bantalan dari batu akik seperti batu delima (ruby), batu nilam (sapphire). Batu nilam yang mengalamai perlakukan panas dapat menjadi sekeras intan.
6. Bahan Bantalan Gelinding Perkembangan teknik hampa pada akhir-akhir ini, telah dikembangkan baja bantalan cari hampa, baja macam ini tidak sesuai dengan produksi masa dan sangat mahal sehingga hanya dipakai dimana diperlukan baja murni. Produksi masa dari baja bantalan de gas hampa telah menghasilkan umur bantalan yang lebih panjang. Dalam proses ini, baja yang mula-mula dicairkan dalam udara, dikenakan tekanan hampa tinggi untuk mengeluarkan gas-gas yang terkurung du dalamnya. Proses ini diikuti dengan pembuatan igot
2.3.4 Persamaan-persamaan yang dipakai dalam bantalan 24
Hal-hal penting yang digunakan dalam perencanaan bantalan adalah sebagai berikut : a. Perhitungan beban bantalan 1. Kecepatan keliling roda gigi (V) π × Drg × n1 60 Dimana : Drg = diameter roda gigi n1 = putaran transmisi V=
2.
Besarnya beban radial yang bekerja (Fr) Fr =
102 × P V
3. Besarnya beban ekivalen dinamis : Pr = x . v . Fr + y . Fa Dimana : Fa = beban aksial = 0 x = faktor beban radial = 1 y = faktor beban aksial = 0 v = pembebanan pada cincin dalam yang berputar = 1 b. Perhitungan umur bantalan 1. Untuk bantalan gelinding a. Faktor keamanan fn = ( 33,3/n )1 /3 b. Faktor umur fh = fn . C/P Dimana : C = Kapasitas nominal bantalan dinamis c. Umur nominal bantalan Ln = 500 . fh3 d. Kehandalan umur bantalan, jika mengambil 99 % Ln = a1 . a2 . a3 . Lh Dimana : a1 = faktor keandalan 99% = 0,21 (Tabel 7 pada lampiran) a2 = faktor bahan = 1 (baja dicairkan secara terbuka) a3 = faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal) e. Jika dalam satu hari bekerja selama 10 jam, maka mur bantalan tersebut : 25
Lb = 2.4
Ln 10 × 365
POROS Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua
mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Poros adalah elemen mesin berbentuk batang dan umumnya berpenampang lingkaran, berfungsi memindahkan tenaga gerak putar atau mendukung sesuatu beban dengan atau tanpa meneruskan daya. Beban yang didukung oleh poros pada umumnya adalah kopling, roda gigi, puli dan sabuk. 2.4.1
Macam-macam poros
Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut :
Poros transmisi Poros transmisi mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya
ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli dan sabuk. Spindel Poros transmisi yang relative pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran disebut spindle. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.
Gandar Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kereta barang, dimana tidak terdapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar disini hanya menerima beban lentur, kecuali jika digerakkan oleh penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga. Menurut bentuknya poros dapat digolongkan atas poros lurus umum, poros engkol sebagai poros utama dari mesin torak, dll. Poros luwes untuk transmisi daya kecil agar terdapat kebebasan bagi perubah arah, dan lain-lain.
2.4.2
Hal-Hal yang Penting Dalam Perencanaan Poros
Untuk merencanakan sebuah poros, ada bebrapa hal yang perlu diperhatikan yaitu:
Kekuatan poros Poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur walaupun ada juga poros yang mengalami beban aksial 26
berupa beban tarik atau tekan seperti poros turbin atau baling-baling kapal. Poros harus direncanakan sehingga cukup kuat untuk menahan beban-beban tersebut di atas. Selain berbagai macam beban yang dialami poros maka untuk pemakaian dalam waktu yang lama poros akan mengalami kelelahan (fatique) yang dapat mengurangi kekuatan poros. Begitu juga dengan bentuk pembebanan yang terjadi apakah dengan tumbukan atau tidak. Bentuk poros juga ikut berpengaruh karena dapat menimbulkan terjadinya konsentrasi tegangan. Konsentrasi tegangan terjadi bila diameter poros diperkecil yaitu pada poros bertangga atau jika pada poros dibuat pasak.
Kekakuan Poros Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup akan tetapi jika
poros ini mengalami lenturan akibat beban lentur yang dialaminya atau mengalami defleksi puntir yang terlalu besar akibat beban puntir maka akan terjadi getaran atau suara yang keras atau bising. Jadi disamping kekuatan poros, kekakuannya harus juga diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan menggunakan poros tersebut.
Putaran Kritis Poros dapat mengalami putaran yang disebut putaran kritis. Putaran kritis
adalah besarnya putaran tertentu yang dapat mengakibatkan terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Hal ini dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagian-bagian mesin lainnya. Putaran kritis dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrtik. Maka poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritisnya.
Korosi Bahan-bahan untuk membuat poros selain kuat dan kaku juga harus tahan
terhadap korosi terutama untuk poros balin-baling dan pompa yang dipakai pada bagian mesin yang megalami kontak dengan fluida yang korosif. Demikian juga untuk poros-poros yang mengalami kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti lama. Untuk poros ini perlu dilakukan perlindungan terhadap korosi.
Bahan poros Bahan poros umumnya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan difinis, baja karbon konstruksi mesin (s-c) yang dihasilkan dari ingot yang di “kill”. Meskipun demikian bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami 27
deformasi karena tegangan yang kurang seimbang, misalnya bila diberi alur pasak, karena adanya tegangan sisa diterasnya. Poros-poros yang dipakai untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang sangat tahan terhadap keausan.
Tabel 2.1 Baja karbon untuk konstruksi mesin dan baja batang yang difinis dingin Standar dan Macam
Lambang
Perlakuan Panas
Baja Karbon Konstruksi Mesin (JIS G 4501)
Btang baja yang difinis dingin
Kekuatan Tarik
Keterangan
(kg/mm2)
S30
Pernomalan
48
S35
-
52
S40
-
55
S45
-
58
S50
-
62
S55
-
66
S35-D
-
53
S45-D
-
60
S55-D
-
72
Ditarik dingin, digerinda, dibubut atau gabungan antara hal-hal tersebut
Tabel 2.2 Baja paduan untuk poros Standar dan
Kekuatan tarik
Lambang
Perlakuan panas
Baja Khrom Nikel
SNC 2
-
85
(JIS G 4102)
SNC 3
-
95
SNC 21
Pengerasan kulit
80
SNC 22
Pengerasan kulit
100
Baja
SNCM 1
-
85
Baja chrom nikel
SNCM 2
-
95
Molibden
SNCM 7
-
100
macam
(kg/mm2)
28
(JIS G 4103)
SNCM 8
-
105
SNCM 22
Pengerasan kulit
90
SNCM 23
Pengerasan kulit
100
SNCM 25
Pengerasan kulit
120
Baja Khrom
SCr 3
-
90
( JIS G 4104)
SCr 4
-
95
SCr 5
-
100
SCr 21
Pengerasan kulit
80
SCr 22
Pengerasan kulit
85
SCM 2
-
85
SCM 3
-
95
SCM 4
-
100
SCM 5
-
105
SCM 21
Pengerasan kulit
85
SCM 22
Pengerasan kulit
95
SCM 23
Pengerasan kulit
100
Baja Khrom Molibden (JIS G 4105)
Tabel 2.3 Bahan poros untuk kendaraan rel
29
Tabel 2.4 Penggolongan baja secara umum Golongan Baja lunak
Kadar C (%) -0,15
Baja liat
0,2 – 0,3
Baja agak keras
0,3 – 0,5
Baja keras
0,5 – 0,8
Baja sangat keras
0,8 0,12
Tabel 2.5 Standar baja Standar jepang
Standar Amerika ( AISI), Inggris( BS) dan Jerman
(JIS)
(DIN)
Baja Karbon
S25C
AISI 1025, BS060A25
Konstruksi Mesin
S30C
AISI 1030, BS060A30
S35C
AISI 1035, BS060A35, DIN C35
S40C
AISI 1040, BS060A40
Nama
S45C
AISI 1045, BS060A45, DIN C45, CK 45
S50C
AISI 1050, BS060A50, DIN St 50.11
S55C
AISI 1055, BS060A55
Baja Tempa
SF 40,45,50,55
ASTM A 105-73
Baja Nikel Khrom
SNC SNC 22
BS 653M31 BS En36
Baja Nikel Khrom
SNCM 1
AISI 4337
Molibden
SNCM 2
BS830M31
SNCM 7
AISI 8645, BS En100D
SNCM 8
AISI 4340, BS817M40, 816M40
SNCM 22
AISI 4315
SNCM 23
AISI 4320, BS En325
SNCM 25
BS En39B
30
Baja Khrom
2.4.3
SCr 3
AISI 5135, BS530A36
SCr 4
AISI 5140, BS530A40
SCr 5
AISI 5145
SCr 21
AISI 5115
SCr 22
AISI 5120
Poros Dengan Beban Puntir
Poros pada umumnya meneruskan daya melalui sabuk, roda gigi, dan rantai. Dengan demikian poros tersebut menjadi beban puntir dan lentur sehingga pada permukaan poros akan terjadi tegangan geser karena momen puntir dan tegangan tarik karena momen lentur. Jika diketahui bahwa poros yang akan direncanakan tidak mendapat beban lain kecuali torsi, maka diameter poros dapat lebih kecil daripada yang dibayangkan. Meskipun demikian, jika diperkirakan akan terjadi pembebanan berupa lenturan, tarikan, atau tekanan, misalnya sebuah sabuk, rantai atau roda gigi dipasangkan pada poros motor, maka kemungkinan adanya pembebanan tambahan tersebut perlu diperhitungkan dalam faktor keamanan yang diambil. Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika faktor koreksi adalah
fc
(tabel 2.6) maka daya rencana
Pd
(kW)
sebagai patokan adalah Pd =f c × P(2.9) Dimana :
Pd =¿ daya rencana (kW) fc
= faktor reaksi
P = daya yang ditransmisikan (kW) Tabel 2.6 Faktor-faktor koreksi yang akan ditransmisikan fc Daya yang akan ditransmisikan Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal Jika daya yang diberikan dalam kuda lepas (PS), maka
1,2 – 2,0 0,8 – 1,2 1,0 – 1,5 harus dikalikan dengan 0,735
untuk mendapatkan daya dalam kW. Jika momen punter (disebuut juga sebagai momen rencana) adalah T (kg.mm) maka :
31
1000 T /¿ ¿ 60 2 π n1 /¿ ¿ ¿ P d=¿ Sehingga T =9,4 × 105
Pd n1
(2.11) Dimana : T = momen rencana atau momen punter (kg.mm) n1
= putaran poros (rpm)
Bila momen rencana T (kg.mm) dibebankan pada suatu diameter poros (mm), maka tegangan geser τ τ=
(kg.mm2) yang terjadi adalah
T 5,1T = (2.12) 3 ( πd s /16 ) d s3 Tegangan geser yang diizinkan
τa
(kg/mm3) untuk pemakaian umum pada poros
dapat diperoleh dengan berbagai cara,
τa
dihitung atas dasar batas kelelahan puntir yang
besarnya diambil 40% dari batas kelelahan tarik yang besarnya kirakira 45% dari kekuatan tarik
σB
(kg/mm2). Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan tarik
σB
sesuai dengan standar ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar 1/0,18 = 5,6. Harga 5,6 ini diambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin, dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh masa, dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sf 1 . 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 peru diambil faktor yang dinyatakan sebagai
Sf 2
dengan harga sebesar 1,3
sampai 3,0. Dari hal-hal di atas maka besarnya τ a dapat dihitung dengan τa=
σB (2.13) ( Sf 1 × Sf 2 )
Dimana : τ a σB
= tegangan geser yang diijinkan (kg/mm3) = kekuatan tarik (kg/mm2)
Sf 1 = faktor keamanan untuk batas kelelahan punter 32
Sf 2 = faktor keamanan untuk pengaruh kekerasan permukaan Kemudian, keadaam momen puntir itu sendiri juga harus ditinjau. Faktor koreksi yang dianjurkan oleh ASME juga dipakai disini. Faktor ini dinyatakan dengan K t, dipilih sebesar 1,0 jika beban dikenakan secara halus, 1,0-1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan, dan 1,5-3,0 jika dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar. Meskinpun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terdiri atau momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan pemakaian dengan beban lentur dimasa mendatang. Jika memang diperkirakan akan terjadi pemakaian dengan beban lentur makan dipertimbangkan pemaikain faktor Cb yang nilainya antara 1,2-2,3 (jika diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil sama denggan 1,0) Rumus untuk menghitung diameter poros ds sebaggai berikut :
[
5,1 ds = KC T τa t b
1/ 3
]
(2.14) Kt
= faktor koreksi untuk momen puntir
Cb
= faktor pemakaian untuk beban lentur
Dimana :
Dimana poros harus dipilih dari tabel 2.16 (buku Sularso hal. 9) pada empat dimana akan dipasang bantalan gelinding. Pilihlah suatu diameter yang lebih besar dari harga yang cocok di dalam tabel untuk menyasuaikannya denggan diameter dalam dari bantalan. Dari bantalan yang dipilih yang dapat ditentukan jari-jari filet pada tangga poros. Harga faktor konsentrasi tegangan untuk alur pasar α dan untuk poros bertangga β dapat diperoleh dengan diagram R.E.Peterson (gambar 2.21 dan gambar 2.22). Bila α atau β dibandingkan dengan faktor keamanan
Sf 2
untuk konsentrasi tegangan pada poros bertangga atau alur pasak
yang ditaksir terdahulu, maka α atau β sering kali menghasilkan diameter poros yang lebih besar. Lakukan koreksi pada dengan mengambil
τa .
Sf 2
yang ditaksir sebelumnya untuk konsentrasi tegangan,
Sf 2 /(α atau β) sebagai tegangan yang diizinkan yang dikoreksi.
Bandingkan harga ini dengan
τ . K t .C b
poros tanpa alur pasak faktor lenturan
dari tegangan geser
τ
yang dihitung atas dasar
Cb , dan faktor tumbukan
K t , dan tentukan
masing-masing harganya jika hasil yang terdahulu lebih besar, serta lakukan penyesuaian jika lebih kecil.
33
Gambar 2.21 Faktor konsentrasi tegangan α untuk
pembebanan puntir statis dari suatu poros bulat dengan alur pasak persegi diberi filet. Tabel 2.7 Diameter poros
(satuan mm)
34
Keterangan :
1. Tanda * menyatakan bahwa bilangan yang bersangkutan dipilih dari bilangan standar 1. Bilangan di dalam kurung hanya dipakai untuk bagian dimana akan dipasang bantalan gelinding.
35
Gambar 2.22 Faktor konsentrasi tegangan β untuk pembebanan puntir statis dari suatu poros bulat dengan pengecilan diameter yang diberi filet
36
2.5 PASAK Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sproket, puli, kopling dll. Pada poros, momen diteruskan dari poros ke naf atau dari naf ke poros. Fungsi yang serupa dengan pasak dilakukan pulai oleh seplain (spline) yang ditunjukkan pada Gambar 2.23 dan gerigi (serration) pada Gambar 2.24 yang mempunyai gigi luar pada poros dan gigi dalam dengan jumlah gigi yang sama pada naf dan saling terkait yang satu dengan yang lain. Gigi pada seplain adalah besar-besar, sedang pada gerigi adalah kecil-kecil dengan jarak bagi yang kecil pula. Kedua-duanya dapat digeser secara aksial pada waktu meneruskan daya.
Gambar 2.24 Gerigi (serration)
Gambar 2.23 Seplain (spline)
Dalam pembahasan ini hanya akan diuraikan tentang pasak saja. Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam seperti pada gambar 2.25. Menurut letaknya pada poros dapat dibedakan antara pasak pelana, pasak rata, pasak benam, dan pasak singgung, yang umumnya berpenampang segi empat. Dalam arah memanjang dapat berbentuk prismatik atau berbentuk tirus. Pasak enam prismatik ada yang khusus dipakai sebagai pasak luncur. Disamping macam di atas ada pula pasak tembereng dan pasak jarum. Pasak luncur memungkinkan pergeseran aksial roda gigi, dll. Pada porosnya, seperti pada seplain. Yang paling umum dipakai adalah pasak benam yang dapat meneruskan momen yang besar. Untuk momen dengan tumbukan, dapat dipakai pasak singgung.
37
Gambar 2.25 Macam-macam pasak
Tabel 2.8 Ukuran Pasak dan alur pasak 38
2.5.1 Hal-hal Penting dan Tata Cara Perencanaan Pasak Pasak benam mempunyai bentuk penampang segi empat dimana terdapat bentuk prismatis dan tirus yang kadang-kadang diberi kepala untuk memudahkan pencabutannya. Kemiringan pada pasak tirus umumnya sebesar 1/100, dan pengerjaan harus hati-hati agar naf tidak menjadi eksentrik. Pada pasak yang rata sisi sampingnya harus pas dengan alur pasak agar pasak tidak menjadi goyah dan rusak. Ukuran dan bentuk standar pasak diberikan dalam tabel diatas, untuk pasak umuumnya dipilih bahan yang mempunyai kekuatan tarik lebih dari 60 (kg/mm2). Lebih kuat daripada kosong. Kadang-kadang sengaja dipilih bahan yang lemah untuk pasak, sehingga pasak akan lebih dahulu rusak daripada poros atau nafnya. Ini disebabkan harga pasak yang murah serta mudah menggantinya.
39
2.5.2 Persamaan-persamaan yang dipakai dalam pasak Hal-hal penting yang digunakan dalam perencanaan pasak adalah sebagai berikut : 1.
Gaya tangensial pada permukaan poros (F) F=
T (2.16) d s /2
Dimana : T = momen rencana/momen puntir (kg.mm) ds 2.
= diameter poros (mm)
Lebar dan Panjang Pasak Dalam hal ini lebar pasak (b) sebaiknya antara (25-35) % dari diameter poros, dan panjang pasak (L) jangan terlalu panjang dengan diameter poros (antara 0,75 sampai 1,5 ds) Tegangan Geser ( τ k ¿
3.
Gaya F bekerja pada penampang mendatar b × 1. Dengan demikian tegangan geser τ k τk =
yang timbul adalah :
F (2.17) b. L
Dimana : F = gaya tangensial pada permukaan poros (kg/mm2) b = lebar pasak (mm) L = panjang pasak (mm) 4. Tegangan geser yang diijinkan ( τ ka ¿ Harga
τ ka
adalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan
σb
dengan faktor keamanan Sf1 dan Sf2 atau dengan rumusan : τ ka =
σb (2.18) Sf 1 × Sf 2
Dimana : σb
= kekuatan tarik (kg/mm2)
Sf 1
= faktor keamanan untuk kelelahan puntir
Sf 1
= faktor keamanan untuk pengaruh kekerasan permukaan
40
BAB III ANALISA DAN PERHITUNGAN Spesifikasi Honda Spacy Helm in PGM-FI Dimensi P × L × T
: 1.841 x 669 x 1.094 mm
Jarak sumbu roda
: 1.256 mm
Berat kosong
: 99 kg
Volume silinder
: 108 cc
Diameter x langkah
: 50 x 55 mm
Perbandingan kompresi
: 9,2 : 1
Torsi maksimum
: 8,89 Nm (0,91 kgf.m) / 6500 rpm
Daya maksimum
: 6,38 kW (8,67 PS) / 8000 rpm
Ban depan lebar
: 80 mm
Aspect ratio
: 90 mm
Ban belakang lebar
: 90 mm
Aspect ratio
: 90 mm
Transmisi
: V-belt otomatis
Perbandingan reduksi primary 47/15 (3,133) Perbandingan reduksi secondary 42/13 (3,321) Bahan pinion AISI Type 4340 Normalized
41
3.1 Perencanaan Sabuk-V dan Puli Data untuk sabuk : Daya yang ditransmisikan P = 8,67 PS = 6,377 kW n1 = 7800 rpm (putaran puli pengggerak) n2 = 2400 rpm (putaran puli yang digerakkan) Jarak sumbu poros C = 330 mm Perhitungan sabuk-V : n1 7800 rpm = n2 2400 rpm
Perhitungan putaran (i) =
= 3,25
Faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan (fc) fc = 1,4 untuk daya normal
Daya rencana (Pd) Pd = P × fc (kW) = 6,377 × 1,4 = 8,928 kW
Momen yang direncanakan (T) T1 =
9,74. 105 kg .mm × 5
¿ 9,74.10 kg .mm ×
Pd n1 8,928 7800
= 1114,86 kg.mm T2 =
9,74. 105 kg .mm ×
Pd n2
=
9,74. 105 kg .mm ×
8,928 2400
= 3623,28 kg.
Karena daya rencana 8,928 kW dan putaran 7800 rpm, ditentukan sabuk tipe A dilihat dari diagram. Diagram pemilihan sabuk-V pada lampiran, dengan ukuran penampang 12,5 mm × 9,0 mm.
Perhitungan Puli :
Dilihat dari tabel (diameter minimum puli yang diijinkan dan dianjurkan) pada lampiran, untuk penampang sabuk-V tipe A, diameter minimum puli (dp) = 65 mm
Diameter minimum puli yang digerakkan (Dp) 42
D p = dp × i = 65 × 3,25 = 211,25 mm
Nilai k didapat dari tabel (ukuran puli sabuk-V) pada lampiran, didapat k = 4,5 untuuk penampang sabuk-V tipe A.
Diameter luar puli penggerak (dk) dk = dp + 2 . k = 65 + 2 . 4,5 = 74 mm
Diameter luar puli yang digerakkan (Dk) Dk = Dp + 2 . k = 211,25 + 2 . 4,5 = 220,25 mm
Kecepatan linier sabuk-V (v) d p ×N 65 × 7800 = 60 × 1000 60 × 1000
v=
1
= 8,45 m/s
Tegangan geser yang diijinkan ( τ b ijin ¿ untuk puli Jika bahan puli nyang digunakan adalah S40 C dengan kekuatan tarik ( σ b ¿
55
kg/mm2 Sf1 = 6,0 (harga 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh massa, dan baja paduan) Sf2 = 1,3 (diambil 1,3 untuk beban dikenakan tumbukan ringan ) Maka, σb Sf 1 × Sf 2
τ a =¿
=
55 6 × 1,3
= 7,05 kg/mm2
Panjang keliling sabuk-V (L) π 1 2 L=2 C+ ( d p + D p ) + ( D −d ) 2 4C p p L=2 .330+
3,14 1 ( 65+211,25 )+ ( 211,25−65 )2 2 4 . 330
L = 660 + 433,71 + 16,20 = 1109,91 mm
43
Berdasarkan tabel (panjang sabuk-V standar) pada lampiran, didapat sabuk no.37 dengan L = 1109,91 mm
Sudut kontak (θ) puli dari sabuk-V θ=180 0− 0
θ=180 −
57 ( D p−d p ) C 57 ( 211,25−65 ) 330
θ=180 0−25,26 θ=154,74 0
Jumlah Sabuk (N) N=
Pd Po× K θ
Dimana : N = Jumlah sabuk Pd = Daya rencana = 77,68 kw Po = Daya yang ditransmisikan = 6,4 kw K θ = Faktor koreksi D p −d p 211,25−6,5 = =0,21 C 681 Dari tabel faktor koreksi
K θ pada lampiran untuuk harga 0,21 (dianggap 0,2) maka
faktor koreksi sebesar 0,97. Maka : N =
7,68 6,4 ×0,97
= 1,2
Jadi sabuk-V yang digunakan sebanyak 1 buah. Maka tipe sabuk-V yang direncankan adalah sabuk-V tipe A no.40, dengan diameter luar puli penggerak 74 mm, dan diameter luar puli yang digerakkan 220,25 mm. 3.2 Perencanaan Poros dan Pasak 3.2.1
Perencanaan Poros
Data untuk poros : P = 8,67 PS = 6,4 kW n1 = 780 rpm n2 = 240 rpm 44
Panjang poros penggerak = 210 mm Panjang poros digerakan = 250 mm
Perhitungan Poros
Faktor koreksi daya yang akan direncanakan (fc) fc = 1,2 (untuk daya normal)
Daya rencana (Pd) P d = fc × P = 1,2 × 6,4 = 7,68 kw
Momen rencana (T) T1 = 9,74. 105 kg .mm × = 9,74. 105 kg .mm ×
Pd n1 7,68 780
= 9590,15 kg.mm T2 = 9,74. 105 kg .mm × = 9,74. 105 kg .mm ×
Pd n2 7,68 240
= 31168 kg.mm
Bahan poros yang diambil, dilihat dari tabel. Baja paduan untuk poros pada lampiran adalah Baja Khrom Nikel Molibden (JIS G 4103) SNCM 25. σb
= 120 kg/mm2
Sf1 = 6,0 (harga 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh massa, dan baja paduan) Sf2 = 2,0 (untuk pengaruh-pengaruh lainnya )
Tegangan geser yang diijinkan ( τ a ¿ τ a =¿
=
σb Sf 1 × Sf 2 120 6×2 45
= 10 kg/mm2
Diameter poros penggerak
[
ds 1=
5,1 K C T τa t b 1
1/ 3
]
Dimana :
[
ds 1=
Kt
= 1,0 faktor koreksi untuk momen puntir
Cb
= 1,2 faktor pemakaian untuk beban lentur
5,1 ×1,0 ×1,2 ×9590,15 10
]
1/ 3
¿ 5869,171/ 3 ¿ 17 mm
Diameter poros yang digerakan
[
ds 2=
5,1 KC T τa t b 2
1/ 3
]
Dimana :
[
ds 2=
Kt
= 1,0 faktor koreksi untuk momen puntir
Cb
= 1,2 faktor pemakaian untuk beban lentur
5,1 ×1,0 ×1,2 ×31168 10
¿ 19074,8
1/ 3
]
1/ 3
¿ 25 mm
Maka didapat diameter poros 1 dan 2 yang direncanakan adalah 17 mm dan 25 mm dengan bahan Baja Khrom Nikel Molibden (JIS G 4103) SNCM 25. 3.2.2 Perencanaan Pasak Data untuk pasak : Momen rencana (T) = 9590,15 kg.mm Diameter poros ( d s ¿ = 17,52 mm Perhitungan Pasak
Gaya tangensial pada permukaan poros (F) F=
T d s /2 46
=
9590,15 17,52/2
= 1094,77 kg
Lebar dan panjang pasak Dalam hal ini lebar pasak (b) sebaiknya antara (25-35) % dari diameter poros, dan panjang pasak (L) jangan terlalu panjang dengan diameter poros (antara 0,75 sampai 1,5 ds) sehingga : b = 30% . ds = 30% . 17,52 = 5,26 mm L = 1,2 . ds = 1,2 . 17,52 = 21,02 mm
Untuk keamanan maka perlu disyaratkan tegangan geser yang diijinkan
τ ka
(kg/mm2), harus lebih besar atau sama dengan tegangan geser dari pasak yang direncanakan τ ka
τ ka =
σb Sf 1 × Sf 2
(kg/mm2) τ ka ≥ τ k . Dimana :
τk =
dan
F b. L
Maka : τ ka ≥ τ k σb F ≥ Sf 1 × Sf 2 b . L σb 1094,77 ≥ 6 × 2 5,26 × 21,02 σb ≥ 12
9,90
σb ≥
118,81 kg/mm2
Maka bahan pasak yang direncanakan harus memiliki
σb
(kekuatan tarik) lebih
besar atau sama dengan 121,08 kg/mm 2. Dari tabel, baja paduan yang memiliki 118,81 kg/mm2 adalah Baja Khrom Molibden (JIS G 4103) SNCM 25 dengan
σb ≥
σb ≥ 120
kg/mm2.
3.3 BANTALAN
47
Pada perencanaan ini dipakai bantalan pada ujung poros. Bantalan tersebut diharapkan dapat menahan dan menjaga beban radial dan sedikit beban aksial. Berdasarkan besarnya diameter poros 1 (poros penggerak) yaitu 17 mm, maka pada perencanaan bantalan dipilih standar JIS 6203 untuk bantalan bola glinding. Data bantalan :
(Tabel 6 pada lampiran)
Kapasitas nominal bantalan dinamis (C)
= 750 kg
Kapasitas nominal statis (CO)
= 460 kg
Diameter lubang (d)
= 17 mm
Diameter luar (D)
= 40 mm
Lebar cincin (B)
= 12 mm
Jari-jari fillet (r)
= 1 mm
Putaran transmisi
= 7800 rpm
Daya pada bantalan
= 9 kw
Perhitungan Bantalan Gaya-gaya reaksi yang terjadi pada bantalan A dan B adalah : MB = 0 RA . L – WP . L/2 – WC . 15 = 0 120 RA – 3485(60) – (1) (15) = 0 RA = 1867 kg FY = 0
Q
RA + RB – WP – WC = 0 RB = WP + WC – RA = 3485 + 1 – 0,13
RA
RB
Dimana : 48
A = Bantalan radial A B = Bantalan radial B C = Kopling Q = Beban terbagi rata untuk poros =
W P 3485 = L 0,12
= 2904 kg/mm
a. Perhitungan beban bantalan 1. Kecepatan keliling roda gigi π × Drg × n1 V= 60 3,14 × 0,118 × 7800 = 60 = 48,17 m/s Dimana : Drg = diameter roda gigi = 118 mm = 0,118 m n1 = putaran transmisi = 7800 rpm 2. Besarnya beban radial yang bekerja : 102 × P Fr = V 102 × 9 = 48,17 = 19,06 kg 3. Besarnya beban ekivalen dinamis : P = x . Fr + y . Fa = 1 . (19,06) + 1 . 0 = 19,06 Dimana : Fr = beban radial = 19,06 Fa = beban aksial = 0 x = faktor beban radial = 1 y = faktor beban aksial = 0 v = pembebanan pada cincin dalam yang berputar = 1
b. Perhitungan umur bantalan a.
b. c.
1. Untuk bantalan gelinding Faktor keamanan fn = ( 33,3/n )1 /3 = ( 33,3/7800 )1/ 3 = 0,17 Faktor umur fh = fn . C/P = 0,17 . 750/19,06 = 6,69 Umur nominal bantalan 49
Lh = 500 . fh3 = 500 . 6,693 = 149709,15 jam d.
e.
Kehandalan umur bantalan, jika mengambil 99 % Ln = a1 . a2 . a3 . Lh = (0,21) . 1 . 1 . (149709,15) = 31438,92 jam Dimana : a1 = faktor keandalan 99% = 0,21 (Tabel 7 pada lampiran) a2 = faktor bahan = 1 (baja dicairkan secara terbuka) a3 = faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal) Jika dalam satu hari bekerja selama 10 jam, maka mur bantalan tersebut : 31438,9 Lb = 10 × 365 = 8,61 tahun Jadi bantalan dapat diganti sekitar 8,61 tahun sekali jika pemakaian per harinya selama 10 jam.
2. Berdasarkan besarnya diameter poros 2 (poros yang digerakkan) yaitu 25 mm, maka pada perencanaan bantalan dipilih standar JIS 6205: (Tabel 6 pada lampiran) Kapasitas normal dinamis (C) = 1100 kg Kapasitas normal statis (CO) = 730 kg Diameter lubang (d) = 25 mm Diameter luar (D) = 52 mm Lebar cincin (B) = 15 mm Jari-jari fillet (l) = 1,5 mm Dalam hal ini bantalan tersebut : Beban radial yang bekerja (Fr) = 19,06 kg Beban ekivalen dinamis (Pr) = 19,06 kg A. Faktor keamanan : fn = ( 33,3/n )1 /3 = ( 33,3/7800 )1/ 3 = 0,17 B. Faktor umur : fh = fn . C/P = 0,17 . 1100/19,06 = 9,81 C. Umur nominal bantalan : Lh = 500 . fh3 50
= 500 × 9,813 = 472038,07 jam D. Keandalan umur bantalan jika mengambil 99% Ln = a1 . a2 . a3 . Lh = (0,21) . 1 . 1 . (472038,07) = 99127,98 jam Dimana : a1 = faktor keandalan 99% = 0,21 (Tabel 7 pada lampiran) a2 = faktor bahan = 1 (baja dicairkan secara terbuka) a3 = faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal) E. Jika dalam satu hari bekerja selama 10 jam, maka umur bantalan tersebut : 99127,98 10 × 365 = 27,16 tahun Jadi bantalan dapat diganti sekitar 27,16 tahun sekali jika pemakaian per harinya Lb =
selama 10 jam.
BAB IV PENUTUP 51
4.1 Kesimpulan Dari hasil analisa dan perhitungan maka dapat saya tarik beberapa kesimpuulan yang bisa dijadikan sebagai acuan : 1. Untuk menjaga sistem transmisi kendaran agar tetap aman diperlukan pemilihan bahan untuk poros, pasak, sabuk-V, dan puli yang tepat. Disamping itu pemilihan bahan yang tepat penting agar kendaraan tetap dalam keadaan baik saat dikendarai. 2. Salah satu keunggulan dari penggunaan sabuk atau belt untuk transmisi daya ke roda adalah hentakan yang terdengar sedikit, karena di bagian dalamnya memiliki bantalan karet. 3. Elem-elemen yang ada pada sistem transmisi otomatis mampu bekerja secara maksimal dan dalam jangka waktu yang relatif lama. 4.2 Saran Adapun saran yang dapat disampaikan adalah sebagai berikut : 1. Didalam pemilihan bahan untuk elemen mesin sistem transmisi otomatis ini, sebaiknya dipilih bahan yang sesuai dengan buatan pabrik. 2. Agar mendapatkan performa mesin yang maksimal, hendaknya elemen mesin yang bersangkutan dirawat secara rutin.
52
