BAB II DASAR TEORI
2.1. Sistem Transmisi Transmisi bertujuan untuk meneruskan daya dari sumber daya ke sumber daya lain, sehingga mesin pemakai daya tersebut bekerja menurut kebutuhan yang diinginkan. Pada perancangan suatu alat atau mesin harus mempunyai konsep perencanaan. Konsep perencanaan ini akan membahas dasar teori yang akan dijadikan pedoman dalam perancangan suatu alat. Pada perancangan sistem transmisi ini bagian elemen alat yang akan direncanakan atau diperhitungkan adalah: 1. Motor Listrik 2. Daya Penggerak 3. Puli 4. Sabuk V 5. Sprocket 6. Rantai 7. Poros
2.1.1 Motor Listrik Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat yang berfungsi sebaliknya, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut generator atau dinamo. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu. Pada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnit. Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarikmenarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah
4
5
magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap. (Royn, 2012). Motor adalah suatu komponen utama dalam sebuah kontruksi permesinan yang berfungsi sebagai sumber daya mekanik untuk menggerakkan suatu poros. Komponen lain yang dihubungkan dengan poros diantaranya adalah puli atau roda gigi yang kemudian dihubungkan dengan sabuk atau rantai untuk menggerakkan komponen lain. Menurut jenisnya motor dibagi menjadi 2 yaitu, motor listrik dan motor bakar. Berikut adalah skema klasifikasi motor listrik seperti pada gambar 2.1 : Motor Listrik
Motor Arus Bolak-balik (AC)
Sinkron
Satu Fase
Induksi
Tiga Fase
Motor Arus Searah (DC)
Separately Excited
Seri
Campuran
Self Excited
Shunt
Gambar 2.1 Klasifikasi motor listrik Sumber: (Agus Purnama, 2013)
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. Penentuan besar daya yang dibutuhkan 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 :
6
a. Mencari daya (P) : P=
............................................................................................. (2.1)
Keterangan : P = Daya (watt) w = Usaha (joule) t = Waktu (second) b. Berdasarkan gaya yang bekerja dan kecepatan, maka daya dapat dihitung dengan persamaan : P = F.V ............................................................................................ (2.2) Keterangan : P = Daya (watt) F = Gaya (N) V = Kecepatan linier (m/s) c. Berdasarkan torsi yang bekerja maka persamaanya adalah: P = . =
...................................................................................... (2.3)
. .
= .∝
....................................................................................... (2.4) ....................................................................................... (2.5)
Keterangan : T = Torsi (N.m) = Kecepatan Sudut (rad/s) n = Kecepatan (rpm) I = Momen Inersia (kg.m3) ∝ = Percepatan Sudut (rad/sec2)
d. Berdasarkan putaran poros : =
. .
................................................................................... (2.6)
Keterangan : n = Putaran poros (rpm) T = Torsi (kg.m) P = Daya (watt)
7
e. Mencari harga gaya (F) Gaya adalah suatu kekuatan yang menyebabkan suatu benda dapat bergerak. =
.
........................................................................................ (2.7)
Keterangan : F = Gaya ( N atau kg.m/s2) m = Massa ( kg) a = Percepatan ( m/s2) f. Mencari harga berat (W) Berat suatu benda adalah gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut. =
.
( N atau kg.m/s2) .......................................................... (2.8)
Keterangan : W = Berat ( N atau kg.m/s2) m = Massa (kg) g = Percepatan gravitasi (10 m/s2) g. Mencari harga torsi ( T ) Besarnya torsi adalah hasil perkalian antara gaya dengan jarak terhadap sumbu. Seperti persamaan berikut : = .
........................................................................................ (2.9)
Keterangan : T = Torsi (N.m) F = Gaya ( N) r = Jarak terhadap sumbu (m)
2.1.3 Puli Sebagai
pengubah
kecepatan
dari
motor,
mesin
ini
menggunakan
sepasang puli untuk mereduksi kecepatan yang dihasilkan oleh motor. Puli merupakan suatu alat mekanisme yang digunakan untuk menjalankan sesuatu kekuatan alur yang berfungsi menghantarkan suatu daya. Cara kerja puli sering
8
digunakan untuk mengubah arah dari gaya yang diberikan, mengirim gerak dan mengubah arah rotasi. Diameter puli yang digerakkan : =
.
...................................................................................
Keterangan : D
(2.10)
= Diameter puli yang digerakkan (mm)
D
= Diameter puli penggerak (mm)
n
= Putaran puli penggerak (rpm)
n
= Putaran puli yang digerakkan (rpm)
2.1.4 Sabuk-V Sebagian besar sabuk transmisi menggunakan sabuk-V, karena mudah penanganannya dan harganya murah. Selain itu sistem transmisi ini juga dapat menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Jarak yang cukup jauh yang memisahkan antara dua buah poros mengakibatkan tidak memungkinkannya menggunakan transmisi langsung dengan roda gigi. Sabuk-V merupakan sebuah solusi yang dapat digunakan. Sabuk-V adalah salah satu transmisi penghubung yang terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Dalam penggunaannya sabuk-V dibelitkan mengelilingi alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit pada puli akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar (Sularso, 1991:163). Sabuk-V
banyak
digunakan
karena
sabuk-V
sangat
mudah
dalam
penanganannya dan murah harganya. Selain itu sabuk-V juga memiliki keungulan lain dimana sabuk-V akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah serta jika dibandingkan dengan transmisi roda gigi dan rantai, sabuk-V bekerja lebih halus dan tak bersuara. Sabuk-V selain juga memiliki keunggulan dibandingkan dengan transmisi-transmisi yang lain, sabuk-V juga memiliki kelemahan dimana sabuk-V dapat memungkinkan untuk terjadinya slip.
9
Tabel 2.1 menunjukkan faktor koreksi transmisi sabuk-V. Tabel 2.1 faktor koreksi transmisi sabuk-V
Sumber: ( Sularso, 1991)
Dalam menentukan besarnya daya yang ditransmisikan tergantung dari beberapa faktor antara lain : 1. Tegangan sabuk. 2. Kecepatan linier sabuk. 3. Bentuk sisi kontak sabuk dan puli. 4. Kondisi sabuk. Bahan sabuk-V antara lain adalah berasal dari kulit, anyaman benang dan karet. Sabuk –V inipun dibagi menjadi beberapa tipe yaitu : 1. Tipe standar ; Dengan karakteristik tanda huruf A, B, C, D dan E. 2. Tipe sempit ; Dengan karakteristik symbol 3V, 5V dan 5L. 3. Tipe beban ringan ; dengan karakteristik tanda 3L, 4L dan 5L.
10
Tipe sabuk-V menurut ukuran, dapat dilihat pada Gambar 2.2 ,Sedangkan jenis sabuk sabuk-V dapat dilihat pada Gambar 2.3. dan Gambar 2.4 adalah bagianbagian sabuk-V.
Gambar 2.2 Tipe sabuk –V Sumber : (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2002)
Gambar 2.3 Jenis sabuk Sumber : (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2002)
Bagian-bagian sabuk-V:
Gambar 2.4 Bagian sabuk Sumber : (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2002)
11
1. Canvas : Berfungsi sebagai bahan pengikat struktur karet. 2. Rubber : Berfungsi sebagai elastisitas dan agar tidak slip. 3. Cord
: Berfungsi penguat agar V-Belt tidak gampang putus.
Perhitungan pada Sabuk :
Gambar 2.5 Tegangan pada sabuk dan puli Sumber: (Sularso, 2002)
1. Menentukan panjang sabuk : =
(
+
)+2 +
(
)
.................................................... (2.11)
Keterangan : x = Jarak sumbu poros (mm) = Jari-jari poros kecil (mm) = Jari-jari poros besar (mm) L = Panjang sabuk (mm)
2. Kecepatan sabuk : =
.
.
.................................................................................... (2.12)
Keterangan : V
= Kecepatan sabuk (m/s)
Dp = Diameter puli penggerak (mm) n
= Putaran puli penggerak (rpm)
12
3. Sudut kontak untuk sabuk terbuka : sin
=
............................................................................... (2.13)
Keterangan :
= Jari-jari puli besar = Jari-jari puli yang kecil X = Jarak antar poros
4. Tarikan sisi kencang (T1) dan tarikan sisi kendor (T2) pada sabuk ditentukan dengan rumus. =
.
........................................................................................ (2.14)
Keterangan : T1= Tarikan sisi kencang (kg) T2= Tarikan sisi kendor (kg) = Koefisien gesek untuk puli dengan sabuk (0,3) = Sudut kontak (rad) e = Eksporensial Sudut alur puli (β) diketahui dengan tabel pada buku Khurmi hal. 728 sebagaimana tabel 2.2 yang menunjukkan spesifikasi dan dimensi v-belt. Tabel 2.2 Dimensi standar v-belt.
Sumber : (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2002)
13
2.1.5. Reduser Reducer adalah sistem transmisi yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah tenaga dari motor. Reducer juga berfungsi untuk merubah momen puntir, menyediakan rasio gigi yang sesuai dengan beban mesin, dan menghasilkan putaran mesin tanpa selip. Prinsip kerja reducer yaitu putaran dari motor diteruskan ke input shaft melalui hubungan antara clutch/kopling, kemudian diteruskan ke main shaft (poros utama), torsi/momen yang ada di mainshaft diteruskan ke spindle mesin, karena adanya perbedaan rasio dan bentuk dari gigi-gigi tersebut sehingga putaran spindle yang dikeluarkan berbeda , tergantung dari rpm yang diinginkan. Pada umumnya reducer yang tersedia di pasar an ada 2 yaitu reducer vertical dan reducer horizontal yang memiliki rasio putaran bervariasi, ada reducer yang memiliki rasio putar 1:20 , 1:30, 1;40, 1:50, 1:60 dan seterusnya.
2.1.6. Rantai Rantai yang terdiri dari sejumlah link kaku yang berengsel dan di sambung oleh pin untuk memberikan fleksibilitas yang diperlukan. Rantai digunakan untuk mentransmisikan daya dimana jarak kedua poros besar dan dikehendaki tidak terjadi slip. Dibandingkan dengan transmisi roda gigi, rantai jauh lebih murah akan tetapi brisik serta kapasitas daya dan kecepatanya lebih kecil.
Gambar 2.6 Sprocket dan Rantai Sumber : (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2002)
14
Rantai sebagian besar digunakan untuk mengirimkan gerakan dan daya dari satu poros ke poros yang lain, seperti ketika jarak pusat antara poros pendek seperti pada sepeda, sepeda motor, mesin pertanian, konveyor, dan juga rantai mungkin dapat juga digunakan untuk jarak pusat yang panjang (sampai 8 meter). (Sumber : Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2002) Perhitungan pada rantai adalah: 1. Rasio kecepatan .
=
=
................................................................................. (2.15)
Keterangan:
N1 = Kecepatan putaran roda gigi kecil (rpm) N2 = Kecepatan putaran roda gigi besar (rpm) T1 = Jumlah gigi pada roda gigi kecil T2 = Jumlah gigi pada roda gigi besar 2. Kecepatan rata-rata rantai =
=
.............................................................................. (2.16)
Keterangan: D
= Pusat lingkaran pada engsel (m)
T
= Torsi (Nm)
N
= Putaran poros (rpm)
P
= Pitch rantai (m)
Gambar 2.7 Pitch rantai Sumber : (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2002)
15
3. Panjang rantai dan jarak antar pusat Panjang rantai (L) harus sama dengan dengan jumlah link rantai (K) dan pitch rantai (p) adalah jarak antara pusat engsel link dan pusat engsel yang sesuai dari link yang berdekatan. Secara matematis, L = K . p ........................................................................................... (2.17) Keterangan : K = Jumlah sambungan rantai P = Pitch rantai (m) Jumlah link rantai dapat diperoleh dari ekspresi berikut (jika jarak antar pusat poros diketahui), yaitu : =
+
.
+
.......................................................... (2.18)
Gambar 2.8 Panjang Rantai Sumber : (Khurmi, R.S. & Gupta, J.K. 2002)
T1 = Jumlah gigi pada roda gigi kecil T2 = Jumlah gigi pada roda gigi besar p
= Pitch rantai
x
= Jarak antar pusat
Jarak antar pusat dapat dicari dengan persamaan (jika jumlah mata rantai diketahui) : =
−
+
−
− 8
........................ (2.19)
