BAB II LANDASAN TEORI & PERANCANGAN

Fakultas Teknik

BAB II LANDASAN TEORI & PERANCANGAN

2.1. Metode Perancangan. Pada sebuah perancangan sebuah alat/mesin/system akan didapatkan sebuah metode perancangan, dimana metode ini dinamakan metode perancangan teknik. Metode perancangan teknik pada dasarnya adalah metode pemecahan suatu masalah teknik yang menggunakan langkah pengerjaan secara berkelanjutan baik secara analisis maupun sintesis. Pengertian analisis disini adalah penguraian suatu sistem yang kompleks menjadi komponen-komponen yang lebih sederhana. Dengan demikian dapat dipelajari karakteristik masing-masing komponen tersebut beserta korelasinya.

Sedangkan

pengertian

sintesis

disini

adalah

proses

penggabungan komponen-komponen yang telah diketahui karakteristiknya agar dapat tercipta suatu sistem yang baru. Merancang dapat dikatakan sebagai usaha untuk memenuhi suatu permintaan dengan cara yang dianggap paling baik dan memungkinkan Aero-mechanical Conveyor

1

Fakultas Teknik

untuk dilakukan. Merancang merupakan kegiatan teknik meliputi berbagai segi kehidupan manusia, bergantung kepada penemuan dan hukumhukum dari ilmu pengetahuan dan teknologi, serta membuat suatu keadaan yang mengaplikasikan hukum-hukum tersebut menjadi suatu produk yang berdaya guna. Dalam merancang banyak dilibatkan berbagai disiplin ilmu seperti matematika, fisika, thermodinamika, mekanika, teknik produksi, ilmu pengetahuan tentang bahan teknik dan sebagainya. Dalam

pengejawantahannya

metode

perancangan

teknik

adalah

merupakan kelanjutan dari tahap sebelumnya dan menjadi acuan bagi tahap berikutnya. Dengan adanya tahapan-tahapan pada metode perancangan teknik, maka informasi yang bersifat kuantitatif dapat diproses menjadi data yang bersifat kualitatif. Dengan kata lain suatu langkah baru selalu lebih nyata daripada langkah-langkah sebelumnya. Dalam kenyataannya kondisi ini tidak selalu dapat dicapai, sehingga seringkali dibutuhkan pengulangan kerja ( iterasi ). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dari prosedur pemecahan secara umum seperti telah disebutkan diatas yang ditunjukkan dalam skema di bawah ini.

Aero-mechanical Conveyor

2

Fakultas Teknik

Penugasan (Problem)

Konfrontasi

Informasi

Definisi

Kreasi

Evaluasi

Penyelesaian

Keputusan

Gambar 2.1. Prosedur pemecahan masalah secara umum. Dalam perancangan juga perlu dipelajari adanya keterkaitan yang terdapat pada sistem benda teknik yang akan dirancang. Kaitan-kaitan tersebut pada umumnya dapat berupa : a. Hubungan Sistem ( System Interrelationship ) Bentuk nyata dan teknik dari suatu perancangan merupakan suatu sistem yang berinteraksi dengan sistem yang lebih menyeluruh, yaitu lingkungan sekitarnya. b. Hubungan Fungsi ( Functional interrelationship )


3

Fakultas Teknik

Hubungan ini berupa adanya hubungan antara masukan dan keluaran dari suatu sistem untuk melakukan kerjas tertentu yang berhubungan

dengan lingkungan sekitarnya. c. Hubungan Kerja ( Physical interrelationship ) Hubungan ini berupa adanya hubungan dimana kerja yang dilakukan adalah merupakan bagian dari proses fisika. Proses fisika ini didasarkan pada efek fisika. Adapun efek fisika dapat digambarkan secara kuantitatif artinya hokum fisika menentukan banyaknya efek fisika yang terlibat. Fenomena kimia dan biologi termasuk didalamnya. d. Hubungan Bentuk ( Form interrelationship ) Hubungan ini memiliki maksud bahwa perwujudan nyata dari bentuk dasar dan bahan menjadi suatu struktur bangunan, lengkap dengan penataan lokasi serta pemilihan gerak kinematika. Tahapan-tahapan dalam metode perancangan, dapat dikelompokkan menjadi 4 ( empat ) tahap utama, seperti : •

Pengklarifikasian Tugas ( clarification of the task )

•

Perancangan Konsep ( Conseptual design )

•

Perancangan wujud ( Embodiment design )

•

Perancangan Detail ( Detail design )


4

Fakultas Teknik

Tugas

Penguraian tugas

Spesifikasi

Pengklasifikasian permasalahan & menentukan masalah-masalah yang penting

Konsep

Penentuan rancangan awal & pengembangan

Rancangan awal

Pengoptimalan rancangan bentuk

Rancangan akhir

Pemeriksaan detail terhadap rancangan

Penyelesaian


5

Fakultas Teknik

Gambar 2.2 Tahapan Perancangan Sistematis

Untuk dapat menghasilkan suatu konstruksi yang baik, perlu melibatkan salah satu unsur atau beberapa kegiatan yaitu rekayasa penelitian dan rancangan seperti : a. Rekayasa Rekayasa

merupakan

penerapan

ilmu

dan

matematika

untuk

memanfaatkan benda dan energi dan alam ini sehingga berguna bagi manusia dalamkegiatan pembuatan bangunan, permesinan, produk sistem dan proses. b. Penelitian Penelitian merupakan kegiatan penyelidikan, pengujian/percobaan yang ditunjukkan oleh hal-hal berikut : •

Penemuan dan pemahaman fakta.

•

Perbaikan berdasarkan fakta atas teori/hukum yang telah ada.

•

Penerapan praktis suatu teori baru/teori yang telah diperbaiki.

c. Metode Penelitian Metode penelitian merupakan sebuah cara atau metode yang digunakan untuk dapat melihat/ menyelesaikan suatu masalah dengan cara yang sistematis. 2.2

Tahapan Kerja Selama Proses Perancangan Dari bahasan yang telah diketengahkan diatas, maka tahapan kerja selama proses perancangan adalah sebagai berikut : •

Pengklarifikasian Tugas ( Clarification of the task )

•

Perancangan Konsep ( Conseptual design )

•

Perancangan Wujud ( Embodiment design )


6

Fakultas Teknik

•

2.3

Perancangan Detail ( Detail design )

Penjadwalan Tugas ( Clarification of the task ) Pada tahapan ini terjadi pengumpulan informasi mengenai syarat-syarat

yang diharapkan dapat dipenuhi oleh solusi akhir. Informasi ini menjadi acuan penyusunan daftar spesifikasi, dimana spesifikasi merupakan suatu daftar yang diharapkan dapat dipenuhi oleh konsep yang sedang dibuat. Sebelum membuat daftar spesifikasi maka harus dibuat terlebih dahulu daftar kehendak ( Requirement list ). Pada saat sedang membuat daftar dari kehendak, hal yang terpenting adalah membedakan sebuah persyaratan sebagai tuntutan ( demand ) atau sebagai keinginan ( wishes ). Pengertian dari demand adalah merupakan persyaratan yang harus dipenuhi pada setiap kondisi, atau dengan kata lain apabila persyaratan tersebut tidak terpenuhi maka perancangan akan mengalami hambatan atau bahkan tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya, jadi ini merupakan keharusan yang harus dipenuhi. Sedangkan pengertian dari wishes adalah pemenuhan persyaratan yang diinginkan apabila kondisi memungkinkan, jadi bukanlah merupakan keharusan. Dalam penyusunan spesifikasi, untuk mempermudah penyusunan tersebut maka dapat dilakukan dengan cara melakukan peninjauan faktor-faktor tertentu, seperti faktor geometri, kinematika, gaya, energi dan sebagainya. Peninjauan dapat dipermudah dengan menggunakan sebuah daftar periksa ( check list ). Daftar periksa merupakan daftar dari parameter yang terdapat pada suatu produk teknik yang memiliki fungsi sebagai sumber data kunci untuk membantu mendefinisikan persyaratan dari fungsi. Sifat-sifat yang harus dimiliki dari alat yang dirancang, dapat dilihat dari daftar periksa pada tabel berikut ini, dimana ini merupakan pedoman dalam pembuatan spesifikasi.


7

Fakultas Teknik

Tabel 2.1 Daftar periksa untuk pedoman spesifikasi Judul Utama Produksi

Kinematika Gaya Material Geometri Energi Perakitan Ergonomi Keselamatan Pengoperasian Perawatan

Contoh - contoh Batasan pabrik, dimensi maksimum, produksi yang dipilih

Kecepatan, percepatan, arah gerakan, jenis gerakan (translasi atau rotasi) Arah gaya, besar gaya, populasi gaya, kekakuan, stabilitas, gaya berat,resonansi Input & output bahan yang diproses, sifat fisika & kimia, arus dan transport bahan Panjang, lebar, tinggi, besar, berat, volume, garis tengah, jumlah, susunan, sambungan dan perluasan Pemanasan, pendinginan, perubahan, penyerapan, daya, tekanan, effisiensi, kerugian, geseran Ketentuan pada perakitan khusus, cara pemasangan, fundamen tempat perakitan dilakukan Pelindung, keselamatan kerja, keselamatan lingkungan dan keselamatan perusahaan Keselamatan dalam melakukan pekerjaan, pelindung, keselamatan perusahaan dan lingkungan Kebisingan, pemakaian khusus, tujuan daerah pemasaran, lingkungan pengoperasian Jangka waktu servis, penggantian & reparasi, pengecatan, pembersihan

Sinyal

Input, output, bentuk, display, peralatan control

Biaya

Biaya maksimum produksi

Jadwal

Tanggal penyerahan


8

Fakultas Teknik

2.4

Perancangan Konsep ( Conceptual Design ) Perancangan konsep adalah bagian dari sebuah proses design dengan cara mengenali masalah-masalah penting. Pengenalan masalah-masalah penting tersebut

dilakukan

melalui

pembuatan

struktur

fungsi,

pencarian

kombinasi-kombinasi, cara pemecahan masalah utama yang mungkin

dapat digunakan serta pemilihan kombinasi yang sesuai dan evaluasi. Untuk lebih mengetahui tahapan-tahapan pada perancangan konsep, dapat dilihat melalui skema berikut ini : Daftar kehendak

Penentuan masalah utama

Pembuatan struktur fungsi

Penentuan prinsip pemecahan masalah

Pengkombinasian prinsip solusi

Memilih kombinasi yang sesuai

Pembuatan variasi konsep

Analisa variasi konsep Aero-mechanical Conveyor

9

Fakultas Teknik

Gambar 2.3. Tahapan dalam perancangan konsep 2.4.1

Abstraksi Abstraksi adalah cara atau gambaran secara keseluruhan tentang permasalahan yang ada dan bagaimana cara pemecahannya. Sedangkan abstraksi itu sendiri memiliki tujuan antara lain untuk mengetahui dan memecahkan permasalahan utama yang dihadapi berdasarkan pada pendapat dan ide yang dituangkan dalam sebuah perancangan. Pada prinsipnya abstraksi adalah cara mengabaikan hal-hal yang bersifat khusus dan memberikan penekanan pada hal-hal yang bersifat umum dan mendasar. Dengan demikian daftar spesifikasi yang telah dibuat dan dianalisa dapat dihubungkan dengan fungsi yang diinginkan serta kendala-kendala yang ada. Abstrak itu sendiri dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : a. Mengesampingkan pilihan pribadi ( personal preference ). b. Mengabaikan persyaratan-persyaratan yang tidak memiliki pengaruh besar terhadap fungsi dan mekanisme kerja alat. c. Mengubah data kuantitatif menjadi data kualitatif. d. Generalisasi ( pengambilan kesimpulan secara umum ) terhadap langkah sebelumnya. e. Perumusan masalah utama

2.4.2

Pembuatan Struktur Fungsi


10

Fakultas Teknik

Suatu struktur keseluruhan ( overall function ) dibuat setelah kita

mengetahui daftar kehendak dan permasalahan utama maupun tidak utama. Struktur fungsi digambarkan dengan skema struktur yang menunjukkan hubungan antara input dengan output, dimana input dan output merupakan aliran energi, material dan sinyal. Apabila fungsi keseluruhan cukup komplek, maka fungsi tersebut dibagi menjadi beberapa sub-fungsi. Contoh dari penggambaran suatu struktur fungsi keseluruhan dan struktur sub-fungsi, dapat dilihat dari skema

berikut ini :

E

E’

M

Overall function

M‘

S

S‘

Keterangan : E = Energi input

E ‘ = Energi output

M = Material input

M ‘ = Material output

S = Sinyal input

S ‘ = Sinyal output

Gambar 2.4 Skema struktur fungsi keseluruhan

E

E Sub Fungsi

Sub Fungsi

M

M

S Sub Fungsi


S

11

Fakultas Teknik

Keterangan : E = Energi input M = Material input Gambar 2.5 Struktur sub-fungsi

Pemanfaatan dari struktur sub fungsi hanya dapat dimanfaatkan apabila fungsi keseluruhan cukup rumit. Pemanfaatan sub fungsi seperti ini akan memberikan beberapa keuntungan, seperti :

a. Terdapatnya kemungkinan untuk melakukan pencarian solusi yang lebih teliti atau lebih lanjut. b. Dapat

memberikan

beberapa

kemungkinan

dari

solusi

yang

dihasilkan. 2.4.3

Pencarian dan Kombinasi Prinsip Solusi Dasar-dasar dari pemecahan masalah dapat diperoleh dengan cara melakukan pencarian terhadap prinsip-prinsip solusi dan masing-masing pada sub-fungsi. Dalam, proses tersebut akan dilakukan pencarian sebanyak mungkin dari variasi solusi. Dengan demikian dapat digunakan beberapa metode pencarian, seperti : 1. Metode konvensional. Metode konvensional adalah merupakan metode yang biasa dilakukan, metode ini merupakan pencarian dalam literature, text book, jurnal-jurnal teknik serta brosur yang telah dikeluarkan oleh perusahaan. Hal lain yang dapat dilakukan adalah dengan cara menganalisa gejala alam atau perilaku mahluk hidup dengan membuat analogi atau model, dimana model ini diharapkan dapat mewakili karakteristik produk yang dihasilkan. 2. Metode Intuitif.


12

Fakultas Teknik

Pencarian solusi untuk masalah yang cukup rumit dapat pula diperoleh pemecahan permasalahannya dari intuisi/suara hati. Solusi ini dating setelah mengalami periode pencarian dan pemikiran yang panjang. Solusi ini kemudian dikembangkan dan diperbaiki. Ada beberapa cara untuk mengembangkan intuisi ini, seperti mengadakan diskusi atau tukar pikiran dan pengalaman dengan orang lain.

3. Metode Kombinasi. Metode kombinasi adalah metode pencarian prinsip pemecahan masalah dengan cara mengkombinasikan seluruh kemungkinan

solusi yang ada. Metode ini dapat digunakan dalam bentuk matriks, dimana sub-fungsi dan prinsip solusi dimasukkan dalam kolom dan baris. Secara matematis sesuai dengan struktur fungsi, jika terdapat sejumlah m1 prinsip solusi untuk sub-fungsi F1, m2 prinsip solusi untuk F2, dan seterusnya mn prinsip solusi untuk sub fungsi untuk Fn, maka setelah dilakukan untuk memenuhi fungsi keseluruhan ( Overall Function ), prinsip-prinsip solusi harus dikombinasikan. Secara teoritis kombinasi akan dapat diperoleh sejumlah N varian konsep solusi, dimana : N = m1 x m2 x … x mn ( sumber : Methode VDI 2221, hal. 159 )

2.4.4

Pemilihan Kombinasi yang sesuai Jika saja terdapat kombinasi yang terlalu banyak dalam perancangan, maka waktu untuk memilih kombinasi terbaik akan lebih lama. Agar tidak terlalu lama dalam pemilihan, maka jika memungkinkan jumlah kombinasi harus dikurangi.


13

Fakultas Teknik

Prosedur yang dapat dilakukan adalah dengan mengeliminasi dan memilih yang terbaik dari seluruh kombinasi yang ada. Pada prinsipnya prosedur yang akan dilakukan adalah mengeliminasi dan memilih yang terbaik. Ketika akan mengeliminasi dan memilih yang terbaik, perlu jaga diperhatikan beberapa hal, diantaranya : •

Terdapat kesesuaian dengan fungsi keseluruhan.

•

Terpenuhinya tuntutan yang terdapat pada daftar spesifikasi.

•

Dapat diwujudkan dalam bentuk nyata.

•

Kebaikan dalam kinerja dan kemudahan dalam produksi.

•

Pengetahuan dan informasi tentang konsep cukup memadai.

•

Faktor biaya produksi dari rancangan.

Apabila prosedur telah dilaksanakan dengan memperhatikan hal-hal seperti yang disebutkan diatas telah dilaksanakan, akan tetapi kombinasi yang ada masih cukup banyak, maka perlu dilakukan pemilihan kombinasi tahap kedua. Kombinasi tahap kedua ini adalah pemilihan kombinasi terbaik dengan memperhatikan hal-hal sebagai berikut : •

Segi keamanan dan kenyamanannya perlu diperhatikan.

•

Memungkinkan pengembangan lebih lanjut ( lebih baik dari sebelumnya ).

2.4.5

Pembuatan Varian Konsep Dalam sebuah konsep perancangan diharapkan dapat memenuhi beberapa persyaratan seperti keamanan, kenyamanan, kemudahan dalam produksi, kemudahan dalam perakitan. Selain itu juga terdapat kemudahan dalam perawatan dan lain sebagainya. Informasi lebih lanjut sangat diperlukan untuk pembuatan varian konsep yang akan dilakukan. Informasi itu sendiri dapat diperoleh dari :


14

Fakultas Teknik

•

Gambar/sketsa untuk melihat kemungkinan keserasian.

•

Observasi berdasarkan asumsi yang digunakan untuk menekan biaya produksi.

•

Pengujian awal bertupa pengujian model untuk menentukan sifat utama atau pendekatan kuantitatif mengenai kinerja.

•

Analogi terhadap model dan simulasi yang sering dilakukan dengan mengguanakan bantuan computer.

• 2.4.6

Mengadakan penelitian lebih lanjut dari literature.

Evaluasi Tahap evaluasi disini bertujuan untuk menentukan nilai, kekuatan dan kegunaan yang kemudian akan dibandingkan dengan sesuatu yang dianggap ideal. Tahapan ini merupakan tahapan yang terakhir dalam

sebuah konsep perancangan. Dalam perancangan dengan menggunakan metode VDI 2221 terdapat beberapa langkah dalam evaluasi. Langkah-langkah tersebut adalah sebagai berikut : 1. Menentukan criteria evaluasi ( Identification of Evaluation Criteria ) Kriteria evaluasi harus dapat ditentukan, hal ini berdasarkan kepada spesifikasi yang telah dibuat. 2. Pemberian bobot kriteria evaluasi ( Weighing Of Evaluation Criteria ) Kriteria pemberian bobot criteria evaluasi perlu dilakukan dan tentu saja criteria evaluasi yang akan dipilih memiliki tingkat pengaruh yang berbeda terhadap varian konsep, sehingga sebaiknya evaluasi dititik beratkan pada sifat utama yang diinginkan dari sebuah pemecahan masalah akhir ( Final Solution ). 3. Menentukan parameter kriteria evaluasi ( Compiling Parameter )


15

Fakultas Teknik

Untuk mendapatkan perbandingan setiap variasi konsep dengan jelas, maka dipilih suatu parameter atau besaran yang dipakai oleh setiap varian.

4. Memasukkan nilai parameter ( Acsesing Value ) Dalam memasukkan nilai parameter, ada hal yang perlu diperhatikan yaitu sebaiknya harga atau nilai yang dimasukkan adalah harga atau nilai nominal. 5. Memperlihatkan ketidakpastian evaluasi (Evaluation Uncertainities) Kesalahan dalam pengevaluasian dapat disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya :

2.4.7

•

Kesalahan subyektif, seperti kekurangan informasi.

•

Kesalahan perhitungan parameter.

Perancangan Bentuk ( Embodiment Design ) Perancangan bentuk adalah merupakan satu langkah yang terdapat dalam sebuah proses perancangan. Perancangan bentuk dari sebuah proses perancangan atau produk dari alat teknik menggunakan criteria teknik dan ekonomi. Perancangan dilaksanakan dengan menguraikan struktur fungsi kedalam struktur modul untuk memperoleh elemenelemen pembangunan struktur fungsi. Hasilnya dapat berupa lay-out, yaitu penggambaran denga jelas rangkaian dan bentuk suatu produk. Pada perancangan bentuk ini terdapat beberapa langkah, yaitu penguraian menjadi modul-modul ( Modul Structure ), kemudian terjadinya pembentukkan lay-out awal ( Preliminary Lay-out ) dan langkah yang terakhir adalah penentuan lay-out yang telah jadi ( Definitif Lay-out ). Dari langkah-langkah yang telah dilakukan dalam perancangan bentuk, didapatkan hasil yang nantinya akan diteliti lebih lanjut. Hasil yang telah


16

Fakultas Teknik

didapatkan tersebut akan dianalisa dan diteliti untuk mendapatkan informasi lebih lanjut lagi seperti kinematika, dinamika, kekuatan, ketahanan, pemilihan material yang akan digunakan serta proses produksi yang akan dilaksanakan.

2.4.8

Perancangan Detail ( Detail Design ) Tahap ini merupakan tahap yang terakhir dari metode perancangan sistematis, yang berupa presentasi hasil perancangan dalam bentuk gambar lengkap ( susunan dan detail ) daftar komponen, spesifikasi bahan, toleransi, perlakuan panas ( Heat Treatment ), perlakuan permukaan pada bahan ( Surface Treatment ) dan sebagainya yang secara keseluruhan merupakan dokumen lengkap untuk pembuatan mesin/alat atau sistem teknik lainnya. Pada akhir tahap ini dilakukan evaluasi kembali untuk melihat apakah sistem teknik tersebut benar-benar sudah memenuhi spesifikasi, agar dapat dibuat secara ekonomis dan seluruh gambar serta dokumen produk

lainnya telah selesai dan lengkap. 2.5

Teori Dasar Perhitungan Dalam perancangan ini penulis hanya melakukan perhitungan pada beberapa komponen dari alat Aero-mechanical Conveyor dan semuanya merupakan perhitungan yang mendasar yaitu pada motor penggerak, puli, sabuk-V (V-belt), poros (Shaft) dan bantalan (Bearing).

2.5.1

Motor Penggerak Motor penggerak yang digunakan adalah motor listrik arus AC, dengan spesifikasi motor sebagai berikut : 

Daya Motor ( P ) dalam Watt



Putaran Motor ( n ) dalam rpm


17

Fakultas Teknik

Rumus umum yang berlaku dan sering digunakan dalam perhitungan daya motor ( P ) adalah :

P =

2.n.T 60

dimana :

………………… ( 1 ) ( Ref. RS. Khurmi )

( Watt )

P = Daya Motor ( Watt ) n = Putaran Motor ( rpm ) T = Momen Puntir atau Torsi ( Nm )

2.5.2

Pulley Pulley berfungsi untuk memindahkan daya dari satu poros ke poros yang lain melalui sabuk. Untuk menentukan diameter pulley penggerak dan pulley yang digerakkan, digunakan rumus sebagai berikut :

n1

=

n2

dimana :

d2 d1

= i

n 1 = putaran poros ( rpm ) n 2 = putaran poros puli yang digerakkan ( rpm ) d 1 = diameter pulley penggerak ( mm ) d 2 = diameter pulley yang digerakkan ( mm ) I

Tabel 2.2.

= perbandingan reduksi

Diameter minimum pulley yang diijinkan dan dianjurkan

Penampang


A

B

C

D

E

18

Fakultas Teknik

Diameter minimum yang diijinkan

65

115

175

300

450

Diameter minimum yang dianjurkan

95

145

225

350

550

(Ref. Sularso, hal.169) 2.5.3

Sabuk-V ( V-belt) Pada perhitungan dalam perancangan alat Aero-mechanical Conveyor akan dipakai sabuk-V sebagai penerus daya dari motor listrik ke mesin/alat, karena sabuk-V mudah penanganannya dan harganya murah. Kecepatan sabuk pada umumnya direncanakan antara 10 sampai 20 m/s, sampai maksimum 25 (m/s) dan daya maksimum yang dapat ditransmisikan kurang lebih sampai 500 Watt. Bahan sabuk-V terbuat dari karet dengan penampang berbentuk trapesium. Salah satu keunggulan sabuk-V adalah saat bergerak pada pulley, sabuk mengalami lengkungan sehingga bagian dalamnya akan bertambah besar dan gaya gesekan juga akan bertambah besar (karena pengaruh bentuk

baji) yang akan menghasilkan transmisi daya yang cukup besar pada tegangan yang relatif rendah. Sabuk-V dan pulley dinormalisasikan NEN 1727, sementara itu diusahakan untuk menjelmakan suatu normalisasi internasional dalam bidang yang berhubungan dengan standar ISO. Disamping itu di Belanda banyak dijumpai sabuk-V menurut normalisasi DIN. Perserikatan pabrik karet (Verenigde Rubberfabrieken) di Belanda menghasilkan ukuran sabuk-V menurut normalisasi DIN seperti pada tabel 2.3. Tabel 2.3. Ukuran sabuk-V (normalisasi DIN)


19

Fakultas Teknik

Seri

Ukuran dalam mm

Z

10 x 6

A

13 x 9

B

17 x 11

C

22 x 14

D

32 x 19

E

38 x 25

Dan selain itu seri S, 25 x 16 mm, menurut DIN Dalam ukuran yang disebutkan pertama menunjukkan sisi sejajar terpanjang untuk penampang trapesium, sedangkan ukuran kedua menunjukkan tebal sabuk, dan sisi samping sabuk membuat sudut 38º satu sama lain sabuk-V harus sesuai dengan cermat dalam alur pulley sehingga sisi luar sabuk menjadi rata dengan sisi luar pulley. Perlu juga diperhatikan bahwa pada pulley kecil sudut α sebagai akibat pelengkungan sabuk menjadi lebih kecil (α = 34º ….. 38º menurut jenis garis tengah).

Pulley tersebut menurut garis tengah nominal (d), untuk keperluan ini semula diambil garis luar d b , dikurangi dengan tebal sabuk. Dalam hal ini garis netral sabuk akan terletak di tengah-tengah penampang, akan tetapi pendapat ini sudah tidak benar lagi untuk sabuk. Untuk dapat memindahkan daya dari motor listrik ke mesin/alat, maka digunakan pulley dan sabuk-V, untuk itu diperlukan perhitungan sehingga didapat ukuran pulley dan sabuk yang sesuai dengan kebutuhan. 2.5.3.1 Jarak Sumbu Poros ( C ) dalam mm


20

Fakultas Teknik

Jarak sumbu poros dapat dihitung dengan menggnakan rumus : C = ( 1,5 sampai 2 ) x Diameter pulley besar

………………… ( 3 ) (Ref. Sularso, hal. 166)

Jarak sumbu poros juga dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

C=

√

b+

b2 – 8 ( d 1 - d 2 )2 8

(m)

…………………. ( 4 ) (Ref. Sularso, hal 170)

dimana : b = 2 L – 3,14 ( d 1 - d 2 ) d 1 = diameter pulley besar d 2 = diameter pulley kecil L = panjang keliling sabuk

d2 d1

C Feed-Housing Aero-mechanical Conveyor

21

Fakultas Teknik

Poros

Sabuk

Pulley

Gambar 2.6. Jarak sumbu poros

2.5.3.2 Panjang Keliling Sabuk-V, L (dalam mm) Untuk mendapatkan panjang sabuk yang sesuai, maka digunakan rumus sebagai berikut :

L = 2C +

π

dimana :

2

( d2 + d1 ) +

1 4C

( d2 – d1 )

C = Jarak sumbu poros (mm) L = panjang keliling sabuk (mm) d 1 = diameter puli besar (mm) d 2 = diameter puli kecil (mm)

2.5.3.3 Koefisien Gesek antara Pulley dan Sabuk Koefisien gesek antara pulley dan sabuk ditentukan oleh beberapa faktor, yaitu : a. Bahan dari sabuk yang digunakan b. Bahan dari pulley yang digunakan c. Slip d. Kecepatan sabuk


22

Fakultas Teknik

Koefisien gesek antara pulley dan sabuk dinyatakan dengan µ , dapat

dicari dengan menggunakan rumus sebagai berikut : 42,6

µ = (0,54)

ν =

152,6 + ν

………………… ( 6 ) (Ref. RS. Khurmi, hal.651)

π .d.n

dimana :

60 ν = kecepatan sabuk ( m/s ) d = diameter pulley ( mm ) n = putaran pulley ( rpm )

Tabel 2.4. Panjang Sabuk-V standar


23

Fakultas Teknik

( Ref. Sularso, hal.168 )

Tabel 2.5. Koefisien Gesek dengan bahan Sabuk yang berbeda-beda Pulley Material No

1

Belt Material

Leather oak tanned


Cast Iron, Steel Dry

Wet

Greasy

0.25

0.2

0.15

Wood

Compressed paper

Leather Face

Rubber Face

0,3

0,33

0,38

0,40

24

Fakultas Teknik 2

Leather chrome tanned

0.35

0.32

0.22

0.4

0.45

0.48

0.50

3

Convast Stiched

0.20

0.15

0.12

0,23

0.25

0.27

0.30

4

Cotton Woofen

0.22

0,15

0.12

0.25

0,28

0.27

0.30

5

Rubber

0.30

0.18

-

0.32

0.35

0.40

0.42

6

Balata

0.32

0.20

-

0.35

0.38

0.40

0.42

2.5.3.4 Sudut Kontak antara Pulley dan Sabuk-V , θ ( dalam .…º )

θ

φ Gambar 2.7. Sudut Kontak (Ref. RS. Khurmi, hal. 666)

Rumus yang digunakan : a. Untuk Pulley kecil : θ = ( 1800 - 2φ )

b. Untuk Pulley kecil : θ = ( 1800 - 2φ )

Sin φ = dimana :

π 180

π 180

r2 – r C

…………………… ( 7 )

…………………… ( 8 )

…………………… ( 9 )

r 1 = Jari-jari Pulley kecil r 2 = Jari-jari Pulley besar


25

Fakultas Teknik

2.5.3.5 Gaya Tarik pada Sabuk Bila sabuk-V dalam keadaan diam atau tidak meneruskan momen, maka tegangan di seluruh panjang sabuk adalah sama. Tegangan tersebut disebut tegangan awal. Bila sabuk mulai bekerja meneruskan momen, tegangan akan bertambah pada sisi tarik (F 1 ) dan berkurang pada sisi kendor (F 2 ). Gaya-gaya yang terjadi dapat dihitung dengan menggunakan rumus : 2,3 log

F1 F2

= μ . θ . cosec α

..………………… ( 10 ) (Ref. RS. Khurmi, hal. 682)

Gambar 2.8. Gaya pada sabuk 2.5.4

Poros (Shaft) Poros berfungsi sebagai pemindah daya dari suatu tempat ke tempat lain. Menurut variasinya, poros dapat dibedakan sebagai berikut : a. Poros Spindel (gelendong), yaitu yang berputar dari bagian lain yang diam. Poros spindle juga ada beberapa tipe, yaitu :


26

Fakultas Teknik

1. Poros Transmisi (Transmision Shaft) Memindahkan daya antara putaran dengan yang menerima daya penerus (pada elemen roda gigi, pulley, fly wheel, dan lain-lain). 2. Poros Mesin Gerak (Machine Shaft) Bekerja sebagai bagian dari poros mesin itu sendiri dan berfungsi sebagai penggerak bukan pemindah daya (misalnya poros engkol atau crank shaft).

b. Poros sebagai As (axle) Poros yang diam dari bagian lain yang berputar. Poros dalam menerima pembebanan akan mengalami tegangan seperti : 1. Tegangan Statis, yaitu tegangan yang terjadi bila diasumsikan poros diam dan mengalami pembebanan. 2. Tegangan Bolak-balik (beban kejutan), yaitu tegangan yang terjadi bila beban-beban yang bekerja berfluktuasi dan dalam arah yang bervariatif seperti pada poros engkol 3. Tegangan Konstan Tegangan yang terjadi bila beban yang bekerja konstan dan arah yang tetap atau variatif. Dalam perencanaan poros, kita harus menganalisa faktor-faktor yang menjadi pertimbangan dalam pembuatan atau pemakaian poros, sehingga dari beban dan tegangan yang bekerja bias sesuai dengan dimensi poros, yang dilanjutkan dengan pemilihan bahan (material) poros. Analisa untuk elemen-elemen pemindah daya seharusnya berada di dekat penumpu poros (seperti bantalan atau bearing) untuk mengurangi

pembebanan yang tidak konsentris. Pada akhirnya kita mendapatkan perencanaan yang berada dalam batasbatas yang aman/diijinkan.


27

Fakultas Teknik

2.5.5

Bantalan (Bearing) Bantalan berfungsi untuk menyangga elemen mesin lain yang bergerak, yang memungkinkan gerakan relatif pada bidang singgung dan bagianbagian yang saling bersambung (menempel), serta sekaligus mendukung beban. Beban-beban yang diterima oleh bantalan terdiri dari : 1. Beban Radial, yang mengakibatkan gaya sentrifugal (beban putar). 2. Beban Aksial, dimana gayanya searah sumbu poros. 3. Beban kombinasi antara Radial & Aksial. Berdasarkan bidang gesek, bantalan terbagi menjadi : 1. Bantalan Luncur, dimana bagian elemen yang disangga langsung bersinggungan/ kontak secara langsung. 2. Bantalan Gelinding, dimana pada bagian dari elemen yang diantara bantalan dengan komponen putarnya terdapat elemen perantara. Berdasarkan typenya maka bantalan terbagi menjadi : 1. Bantalan Peluru. 2. Bantalan Roll. Adapun beberapa syarat bahan bantalan (bearing) adalah : 

Tahan terhadap tekanan yang tinggi



Tahan terhadap suhu yang tinggi



Tahan terhadap kelelahan (beban fatique)



Tahan terhadap deformasi (perubahan bentuk)



Mudah dalam pemasangan dan pelepasan



Tahan terhadap karat (korosi)


28

Fakultas Teknik



Mudah dalam menyalurkan panas serta memiliki koefisien muai yang kecil

Gambar 2.9. Konstruksi Bantalan Peluru Pada bantalan peluru bidang kontak antara peluru dengan poros melalui bidang perantara relatif kecil, sehingga gesekan permukaannya kecil dan panas yang ditimbulkan karena gesekan juga relatif kecil. Pada pemakaian bantalan peluru dengan poros yang panjang, dengan adanya peningkatan suhu poros, akan bertambah panjang poros tersebut. Untuk mengantisipasi perubahan panjang ini, maka bantalan yang ada pada salah satunya dipasang dengan bertoleransi (bebas bertranslasi) supaya dapat bergeser rumah bantalannya pada poros spindel. Karena beban terhadap poros yang harus didukung oleh bantalan cukup berat, maka harus diasumsikan bahwa poros akan melendut. Oleh karena itu

posisi

poros

berubah

dengan

sudut

yang

bergerak,

yang

mengantisipasi keadaan tersebut maka salah satu dari bantalan harus mampu meredam gejala tersebut.

2.5.5.1 Umur Bantalan (bearing) Hal-hal yang mempengaruhi umur bantalan adalah sebagai berikut : Aero-mechanical Conveyor

29

Fakultas Teknik

1. Pemakaian/pemberian pelumas yang tepat 2. Pemasangan 3. Kebersihan bantalan 4. Tingkat kesesuaian suhu kerja terhadap bantalan

Standart AFBMA (Anti Friction Bearing Manufacturing Association) menyatakan kriteria kegagalan adalah suatu bukti awal dari kelelahan 90% dari kelompok bantalan yang tahan atau dapat melampauinya sebelum kriteria kegagalan terjadi. Umur L 10 dan minimum life dipakai untuk menjelaskan umur penilaian. Pengujian berulang bertujuan untuk mencari umur penilaian. Bila mesin dipasang dengan sejumlah N bantalan, masing-masing memiliki keandalan R, maka keandalan dari kelompok bantalan adalah : RN = ( R ) N ……………………….. ( 11 ) (Ref. Joseph E. Shigley) Dalam suatu perencanaan pemakaian bantalan, maka : 1. Semakin bertambah jumlah penggunaan bantalan, semakin tinggi keandalan dari kelompok bantalan. 2. Sebaliknya, semakin berkurang jumlah penggunaan bantalan, maka semakin rendah keandalan dari kelompok bantalan. Design optimum dari AFBMA :

Keandalan Bantalan > 90%

2.5.5.2 Penilaian Beban Dasar ( C ) Definisi C adalah sebagai beban radial yang konstan terhadap


30

Fakultas Teknik

sekelompok bantalan yang hampir sama dapat bertahan untuk suatu umur penilaian sebesar 1 juta putaran dari cincin bantalan yang diam. Umur suatu bantalan yang menerima setiap beban dari F (N) akan menjadi : L=

a

C F

Cª = F ª x L C = F x L1/a

………………… ( 12 ) (Ref. Joseph E. Shigley)

dimana :

C = penilaian beban dasar F = beban yang bekerja pada bantalan ( N ) L = jumlah putaran ( juta putaran ) a = bilangan untuk bantalan gelinding •

untuk bantalan peluru a = 3

•

untuk bantalan roll a = 10/3

2.5.5.3 Dasar teori Distribusi kegagalan bantalan Teori yang sering dipakai oleh pabrikan adalah seperti yang terlihat pada tabel 2.6 di bawah ini :


31

Fakultas Teknik

Tabel 2.6. Teori Distribusi kegagalan bantalan

…………….. ( 15 )

( 13 ) ( 14 ) (ref. Joseph E. Shigley) dimana :

R = keandalan ( % ) C R = nilai beban dasar yang berkaitan dengan L 10

Persamaan-persamaan diatas dapat dipakai untuk semua aplikasi bantalan.


32

Fakultas Teknik

Pemilihan bantalan peluru Kebanyakan dari pabrik pembuat bantalan telah memiliki tabel sendiri berdasarkan pengujian, pengalaman dan perencanaan yang cukup lama. Adapun tabel dari AFBMA yang dapat dipakai sebagai acuan dalam pemilihan bantalan adalah seperti pada tabel 2.7 dan tabel 2.8 Tabel 2.7. Saran umur bantalan untuk berbagai kelas mesin

(ref. Joseph E. Shigley) Tabel 2.8. Pemilihan bantalan Diameter Dalam (mm)

Diameter Luar (mm)

Lebar Bantalan (mm)

Jari-jari lengkung (mm)

10

30

9

10

35

12

32

12

Diameter bahu (mm)

Nilai beban (kN)

DS

dh

0.6

12.5

27

3.58

11

0.6

12.5

31

6.23

10

0.6

14.5

28

5.21

37

12

1.0

16

32

7.48

15

35

11

0.6

17.5

31

5.67

15

42

13

1.0

19

37

8.72

17

40

12

0.6

19.5

34

7.34

17

47

14

1.0

21

41

10.37

20

47

14

1.0

25

41

9.43

20

52

15

1.0

25

45

12.24

(ref. Sularso) Aero-mechanical Conveyor

33

BAB II LANDASAN TEORI & PERANCANGAN

Recommend Documents