BAB II DASAR TEORI
2.1 Konsep Perencanaan Sistem Transmisi Pada perancangan suatu kontruksi hendaknya mempunyai suatu konsep perencanaan. Untuk itu konsep perencanaan ini akan membahas dasar-dasar teori yang akan dijadikan pedoman dalam perancangan. Pada perancangan ini bagian elemen alat yang akan direncanakan atau diperhitungkan adalah: 1. Motor 2. Daya 3. Pulley 4. Sabuk V-Belt 5. Poros
2.1.1 Motor Motor adalah suatu komponen utama dari sebuah kontruksi permesinan yang berfungsi sebagai penggerak. Gerakan yang dihasilkan oleh motor adalah sebuah putaran poros. Komponen lain yang dihubungkan dengan poros motor adalah pulley ataupun roda gigi yang kemudian dihubungkan dengan sabuk ataupun rantai. Menurut jenisnya motor terbagi menjadi 2 yaitu motor bakar dan motor listrik. Motor bakar dibedakan menjadi 2 jenis yaitu motor bensin dan motor diesel. Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder (internal combustion engine). Motor bakar bensin dilengkapi dengan busi dan karburator yang membedakanya dengan motor diesel. Motor listrik adalah motor yang berputar karena adanya sumber daya listrik yang menghidupkan stator elektromotor sehingga menyebabkan terjadinya medan magnet dan memicu rotor untuk berputar. Sumber tenaga dari motor listrik adalah listrik dari PLN. Motor listrik dibagi menjadi beberapa tipe dengan kebutuhan daya sesuai yang dibutuhkan.
5
6
2.1.2 Daya Penggerak Secara umum daya diartikan sebagai kemampuan yang dibutuhkan untuk melakukan kerja, yang dinyatakan dalam satuan Nm/s, Watt, ataupun HP. Untuk menentukan
harga
daya
perlu
memperhatikan
beberapa
hal
yang
mempengaruhinya, diantaranya adalah harga gaya, torsi, kecepatan putar dan berat yang bekerja pada mekanisme tersebut. Berikut adalah rumus untuk mencari harga daya, gaya, torsi, kecepatan putar dan berat: a. Mencari harga daya (P): Berdasarkan besar usaha atau energi tiap satuan waktu, daya dirumuskan: P=
..................……………………………….……...…………….……(2.1)
Dimana: P = Daya (watt) w = Usaha (joule) t = Waktu (second) Berdasarkan gaya yang bekerja dan kecepatan, maka daya dapat dihitung dengan rumus: P = F.V …................................................................................................. (2.2) Dimana: P = Daya (Watt) F = Gaya (N) V = Kecepatan linier (m/s) Berdasarkan torsi yang bekerja: P = T . ω ……........................................................................................... (2.3) ….......……................................................................................(2.4) T = I.α ……..............................................................................................(2.5) Dimana: T = Torsi (N.m) ώ = Kecepatan Sudut (Rad/s) N = Kecepatan (rpm) I = Momen inersia (kg.m³) α = Percepatan sudut (Rad/det²)
7
Berdasarkan putaran poros: P=
.................................................................................................. (2.6)
Dimana: N = Putaran poros (rpm) T = Torsi (N.m) P = Daya (watt) b. Mencari harga gaya (F): Gaya adalah suatu besaran yang menyebabkan benda bergerak. 2
F = m.a (N atau kg.m/s ) ….................................................................... (2.7) Dimana: 2
F = Gaya (N atau kg.m/s ) m = Massa (kg) 2
a = Percepatan (m/s ) c. Mencari harga berat (W): Berat suatu benda adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda itu. W = m.g (N atau kg.m/s2) .................................................................... (2.8) Dimana: W = Berat (N atau kg.m/s2) m = Massa (kg) g = Percepatan gravitasi 10 m/s2 d. Mencari harga torsi (T): Besarnya torsi merupakan hasil perkalian gaya dengan jarak terhadap sumbu: T = F.r ……...............................................................................................(2.9) Dimana: T = Torsi (N.m) F = Gaya (N) r = Jarak terhadap sumbu (m)
8
2.1.3 Poros Poros merupakan bagian yang berputar, dimana terpasang elemen pemindah gaya, roda gigi, bantalan dan lain-lain. Poros biasa menerima bebanbeban tarikan, lenturan, tekan atau puntiran yang bekerja sendiri-sendiri maupun gabungan satu dengan yang lainnya. Kata poros mencakup beberapa variasi seperti shaft atau axle (as). Shaft merupakan poros yang berputar dimana akan menerima beban punter, lenturan atau puntiran yang bekerja sendiri maupun secara gabungan. Sedangkan axle (as) merupakan poros yang diam atau berputar yang tidak menerima beban puntir. (R.S Khurmi, 2002) Jenis poros antara lain: a. Poros Transmisi Poros ini akan mentransmisikan daya meliputi kopling, roda gigi, puli, sabuk, atau sprocket rantai dan lain-lain. Poros jenis ini memperoleh beban puntir murni atau puntir dan lentur. b. Poros Spindle Poros transmisi yang relatif pendek seperti pada poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya beban puntiran. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasi harus kecil, bentuk dan ukurannya harus teliti. c. Poros Gandar Poros ini dipasang diantara roda-roda kereta barang, yang tidak mendapat beban puntir. Untuk merencanakan suatu poros maka perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut: 1. Kekuatan Poros Suatu poros transmisi dapat mengalami beban punter atau gabungan antara punter dan lentur, juga ada poros yang mendapatkan beban tarik atau tekan. Maka suatu poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-beban di atas. 2. Kekakuan Poros Meskipun suatu poros mempunyai kekuatan cukup tetapi jika lenturan puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian atau getaran dan suara, karena itu disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus
9
diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani poros tersebut. 3. Korosi Baja tahan korosi dipilih untuk poros. Bila terjadi kontak fluida yang korosi maka perlu diadakan perlindungan terhadap poros supaya tidak terjadi korosi yang dapat menyebabkan kekuatan poros menjadi berkurang. 4. Bahan Poros Poros untuk mesin biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik dingin dan finishing, baja konstruksi mesin yang dihasilkan dari ingot dari “kill” (baja yang dioksidasikan dengan ferrosilicon dan dicor, kadar karbon terjamin). Meskipun demikian, bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang. Porosporos untuk meneruskan putaran tinggi dan beban berat umumnya dibuat dari baja paduan dengan pengerasan kulit yang tahan terhadap keausan.
2.1.4 Pemilihan bahan poros Poros merupakan sebuah komponen dari mesin pencacah rumput yang berperan penting dalam sistem transmisi. Poros ini berfungsi sebagai pemutar pisau pencacah, selain itu poros juga berfungsi sebagai tempat dudukan pulley. Poros penggerak ini berbentuk silinder dengan ukuran diameter 20 mm dan panjang 280 mm. Poros penggerak ini ditempatkan pada dua bearing yang simetris. Poros jenis ST37 memiliki kekuatan tarik sebesar 37 kg/mm2 atau sekitar 360-370 N/mm2. Bahan poros ini tergolong keras, ulet, tangguh, mampu las dan mudah dikerjakan dengan mesin. Dalam perhitungan poros dapat diketahui dengan melihat dari pembebanan: a. Torsi yang terjadi pada poros: ............................................................................(2.10) Keterangan: T = Torsi pada poros (Nm) P = Daya (watt) N = Putaran poros (rpm)
10
b. Momen yang terjadi pada poros: M = F . L ………..… … ………..............................................(2.11) Keterangan: M = Momen (Nmm) F = Gaya yang terjadi (N) L = Jarak terhadap gaya (mm) c. Torsi Equivalen: √
.....................................................................(2.12)
Keterangan: Te = Torsi Equivalen (Nmm) M = Momen bending atau lentur (Nmm) T = Torsi (Nmm) d.
Diameter Poros:
√
.......................................................................(2.13)
Keterangan: d = Diameter poros (mm) τ = Tegangan geser maksimum (N/mm2)
2.1.5 Pisau Pisau pencacah adalah bagian terpenting dalam mesin pencacah rumput. Pisau tersebut diutamakan dalam ketajamannya, oleh sebab itu bahan pisau pencacah yang dipilih adalah Per daun pada mobil (Alloy steel), dengan ketebalan 0,7 mm. Alasan pemilihan bahan tersebut dikarenakan besi tersebut tahan karat, sedikut lentur, tahan terhadap perubahan suhu, tidak mudah aus, mudah difabrikasi sehingga mampu mencapai ketajaman maksimal dan kuat. Baja paduan (Alloy steel) merupakan baja dengan campuran satu atau lebih elemen seperti carbon, manganese, silicon, nickel, chromium, molybdenum, vanadium, cobalt, dll. Fungsi utama dari elemen paduan yaitu untuk meningkatkan atau “menyempurnakan” sifat-sifat mekanis dari baja. Sebagai contoh nickel dapat memberi kekuatan pada baja dan dapat membantu baja dalam
11
proses pengerasan melalui quenching serta tempering. Chromium dapat mencegah karat. Chromium serta molybdenum dapat membantu baja dalam meningkatkan kemampuan pengerasan. Vanadium juga dapat meningkatkan kekuatan baja. Baja paduan (Alloy steel) yang diklasifikasikan menurut kadar karbonnya dibagi menjadi:
Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %
Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %
High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %
