BAB II LANDASAN TEORI
Secara garis besar, dalam perancangan hovercraft ini ada beberapa teori dasar yang digunakan. Teori dasar yang mendasari proses perencanaan ini bisa digambarkan dalam flowchart dibawah ini :
Mulai
Teori mengenai perencanaan komponen hovercraft · · · ·
Perencanaan bearing Perencanaan poros Perencanaan transmisi Perencanaan gearbox
Alternatif lain
Menganalisa kesalahan Perhitungan dan pemilihan
Tidak Memenuhi
Ya Selesai
5
2.1 Sambungan Sambungan merupakan bagian yang berfungsi untuk menghubungkan satu komponen dengan komponen yang lain. Jika rangka sudah kuat dan tegar tetapi saat sambungan antara rangka satu dengan rangka yang lain tidak kuat maka rangka tersebut tidak memenuhi syarat dan tidak dapat digunakan. Jenis-jenis sambungan yang terdapat pada elemen mesin bermacammacam seperti sambungan ulir, dan sambungan las. Tiap-tiap sambungan memiliki fungsi yang sama tetapi dari segi kekuatan keduanya memiliki karakteristik yang berbeda. Bentuk ulir dapat terjadi bila sebuah lembaran berbentuk segi tiga digulung pada sebuah silinder. Panjang salah satu sisi segitiga tersebut sama dengan keliling silinder. Ulir dapat digunakan sebagai pengikat (Screwed jamts) dan ulir pembawa (power screw). 2.1.1 Klasifikasi ulir Klasifikasi ulir dapat dibedakan menjadi : a.
Klasifikasi Ulir Berdasarkan Jumlah Alur Berdasarkan jumlah alur, ulir dapat dibedakan menjadi ulir
tunggal dan ulir ganda.
Gambar 2.1 Ulir tunggal Sumber: Elemen mesin (Sularso)
Ulir tunggal atau ulir satu jalan, jika hanya memiliki satu alur yang melilit silinder. Ulir ganda, jika terdapat dua alur atau lebih yang melilit silinder.
Gambar 2.2 Ulir ganda Sumber: Elemen mesin (Sularso)
b.
Klasifikasi Ulir Berdasarkan Arah Putaran Menurut putarannya, ulir dapat dibedakan menjadi : 6
Ulir kanan, jika ulir akan bergerak maju bila diputar searah jarum jam.
Gambar 2.3 Ulir kanan Sumber: Elemen mesin (Sularso)
Ulir kiri, jika ulir akan bergerak maju bila diputar berlawanan dengan jarum jam.
Gambar 2.4 Ulir kiri Sumber: Elemen mesin (Sularso)
c. Klasifikasi Ulir Berdasarkan Bentuk Profil Berdasarkan bentuk profil penampang, ulir dapat dibedakan menjadi : a. Ulir segitiga b. Ulir persegi c. Ulir trapesium d. Ulir gergaji e. Ulir bulat Pada sambungan ulir hal-hal yang perlu diperhatikan yaitu kita harus dapat menentukan a. Gaya yang bekerja pada baut dan mur b. Syarat kerja c. Kekuatan bahan d. Kelas ketelitian Gaya yang bekerja pada baut terdiri dari beban aksial, beban aksial dengan beban puntir, beban geser, dan beban tumbukan aksial. Untuk menghitung sambungan baut yang menerima beban eksentrik tegak lurus dengan sumbu baut hal-hal yang harus dipertimbangkan adalah sebagai berikut : ·
Beban geser langsung
W = beban eksentrik n = jumlah baut Ws
W n
7
·
Beban geser karena momen W sn = beban geser pada baut ke-n
C = beban baut setiap satuan jarak Ln = jarak baut ke n ketitik berat
Untuk menghitung titik berat sambungan x
y
·
A n. x An
A n x 1 x 2 ......... x n
n. A n
An. y An y1 y2 ......... yn An n. An
(1)
(2)
Gaya geser pada sambungan
Wsgn Ws ·
2
Wsn 2Ws .Wsn . cos 2
(3)
Maka untuk menghitung diameter baut, ambillah nilai gaya geser gabungan Wsg yang paling besar d1
4.Wsgmaks
. a
(mm)
(4)
2.1.2 Bahan ulir Penggolongan ulir menurut kekuatannya distandarkan dalam JIS. Arti dari bilangan kekuatan tersebut untuk baut dalam tabel tersebut sebagai berikut: Angka disebelah kiri tanda titik adalah 1/10 harga minimum kekuatan tarik B (kg/mm2), dan di sebelah kanan titik adalah 1/10 ( Y/B). Untuk mur, bilangan yang bersangkutan menyatakan 1/10 tegangan beban jaminan.
2.2 Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur. Bantalan harus tetap kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh sistem akan menurun dan tidak bekerja secara
8
semestinya. Jadi bantalan dalam permesinan dapat disamakan peranannya dengan pondasi pada gedung. 2.2.1 Klasifikasi bantalan Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut: 1. Atas dasar gerakan bantalan terhadap poros a. Bantalan luncur. Pada bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu pada permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan 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 2. Atas dasar beban terhadap poros a. Bantalan radial. Arah beban yang ditumpu bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros. b. Bantalan radial. Arah beban bantalan ini sejajar dengan sumbu poros. c. Bantalan gelinding khusus. Bantalan ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.
2.2.2 Jenis-jenis bantalan gelinding Bantalan gelinding mempunyai keuntungan dari gesekan gelinding yang sangat kecil dibandingkan dengan bantalan luncur. Elemen gelinding seperti bola atau rol, dipasang diantara cincin luar dan cincin dalam. Dengan memutar salah satu cincin tersebut , bola atau rol akan membuat gerakan gelinding sehingga gesekan diantaranya akan jauh lebih kecil. Untuk bola atau rol, ketelitian tinggi dalam bentuk dan ukuran merupakan keharusan. Karena luas bidang kontak antara bola atau rol dengan cincinnya sangat kecil maka besarnya beban persatuan luas atau tekanannya menjadi sangat tinggi. Dengan demikian bahan yang dipakai harus mempunyai ketahanan dan kekerasan yang tinggi.
9
Bantalan gelinding, seperti pada bantalan luncur, dapat diklasifikasikan atas: bantalan radial, yang terutama membawa beban radial dan sedikit beban aksial, dan bantalan aksial membawa beban yang sejajar sumbu poros Bantalan gelindiing adalah nama lain dari pendukung poros yang mempunyai elemen berputar. Elemen yang berputar tersebut terletak antara poros dengan rumah bantalan. Pendukung poros dengan tanpa elemen berputar disebut dengan bantalan luncur. Secara prinsip , berdasarkan tipe elemen yang berputar bantalan gelinding dapat dibedakan antara lain: ·
Bantalan bola (ball bearing)
·
Bantalan silinder (cylinder bearing)
·
Bantalan tong (barrels bearing)
·
Bantalan kerucut (taper bearing)
·
Bantalan kerucut ( needle bearing) Pada tahun 1870, siklus industri mulai berkembang dalam skala yang
cukup besar memacu penciptaan untuk mengganti bantalan luncur dengan bantalan gelinding yang gesekannya lebih kecil. Industri bantalan gelinding seperti yang sekarang terjadi tidak begitu saja muncul sampai sekitar tahun 1900 tetapi merupakan berkat kehadiran industri otomobil. Dalam industri ini terdapat permintaan bantalan gelinding yang komponen standar dan dapat diganti-ganti.
2.2.3 Kontruksi dan operasi bantalan gelinding Untuk menjelaskan konstruksi dan operasi bantalan gelinding diperlukan gambar penampang bantalan tersebut
Gambar 2.5 Konstruksi bantalan Sumber: Elemen mesin (Sularso)
10
Nama-nama bagian bantalan gelinding dapat dilihat pada gambar yaitu: ·
Elemen berputar (bola, silinder, tong, kerucut atau jarum), selalu dipasang pada jarak yang telah ditentukan dan keberadaannya karena sangkar.
·
Cincin dalam (inner ring) berputar yang kecepatannya sama dengan putaran poros
·
Cincin luar (outer ring) keberadaannya tetap dan tak berputar.
Bantalan gelinding memiliki keuntungan dan kerugian yang spesifik bila dibandingkan dengan bantalan luncur. Keuntungan : ·
Keausan kurang
·
Panas yang ditimbulkan kurang
·
Gesekan konstan pada setiap putaran
·
Pemakaian pelumas minimum
·
Ukuran lebarnya kecil
·
Mudah untuk mengganti
·
Elemen standar dapat dipakai dimana-mana
Kerugian: ·
Untuk beban kejut (getaran karena ketidakseimbangan komponen pada mesin)
·
Lebih sensitif terhadap debu dan kelembaban
·
Lebih mahal
2.2.4 Tipe-tipe bantalan dan penerapannya Bantalan yang dapat digunakan ada beberapa macam dan bentuk masingmasing memiliki sifat khusus. Hal-hal yang perlu diketahui dalam pemilihan dan pemasangan bantalan gelinding antara lain: Mengetahui kemungkinan penyebab terjadinya kesalahan dan akibatnya. Bantalan yang telah rusak akan menimbulkan bunyi yang berisik. Dengan mengetahui dan memahami kemungkinan penyebab kesalahan dapat digunakan sebagai dasar untuk mengatasi masalah-masalah pada pemasangan bantalan.
11
Mengetahui standar bantalan gelinding, hal ini untuk memudahkan pemesanan penggantian bantalan.
2.2.5 Jenis-jenis bantalan ·
Bantalan bola laur baris tunggal (single row groove ball bearings)
·
Bantalan bola mampu mapan sendiri baris ganda (double row self aligning ball bearing)
·
Bantalan bola kontak sudut baris tunggal (single row angular contact ball bearings)
·
Bantalan bola kontak sudut baris ganda (double row angular contact ball bearings)
·
Bantalan gelinding tong baris ganda (double row spherical roller bearings)
·
Bantalan silinder baris tunggal (single roow cylinder bearings)
·
Bantalan gelinding kerucut (tapered roller bearings)
·
Bantalan bola aksial arah tunggal (single direction thrust ball bearings)
·
Bantalan bola aksial arah ganda (double direction thrust ball bearings)
·
Bantalan bola dan sendi (ball and socket bearing)
Setiap jenis bantalan memliki bentuk dan ukuran yang bervariasi bantalan baru. Variasi- variasi tersebut disebutkan dalam nomor kode bantalan yang dibuat oleh pabrik dan dicantumkan dalam buku katalog. Yang dimaksud dengan variasi dalam bantalan gelinding antara lain: ·
Diameter
·
Lubang bantalan cincin dalam (silinder/kerucut)
·
Lebar bantalan
·
Sil atau perapat
·
Pemasangan dengan adaptor luncur
12
1. Bantalan alur dalam baris tunggal Bantalan ini mempunyai alur dalam kedua cincinnya. Oleh karena adanya alur, mereka memiliki kapasitas dapat menahan beban secara ideal pada arah aksial dan radial. Maksud arah radial yaitu searah dengan poros. Pada kecepatan yang lebih tinggi bantalan alur dalam baris tunggal lebih cocok dapat menahan beban aksial daripada bantalan bola radial.
Gambar 2.6 Bantalan alur dalam baris tunggal Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
2. Bantalan bola mapan sendiri baris ganda Bantalan ini mempunyai dua baris bola, masing-masing baris mempunyai alur sendiri-sendiri pada cincin dalam. Pada umumnya terdapat alur bola pada cincin luar. Cincin dalam dengan bola dapat dengan bebas mapan sendiri sebagai hasil dari adanya alur pada cincin luar. Hal inilah yang merupakan keuntungan, bantalan terhadap masalah ketidaksebarisan suatu poros. Dengan kata lain, poros yang tidak sebaris dapat diatasi dengan pemasangan bantalan ini
Gambar 2.7 Bantalan bola mapan sendiri baris ganda Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
13
3. Bantalan bola kontak sudut baris tunggal Berdasarkan konstruksinya bantalan ini ideal untuk beban radial. Bantalan ini biasanya dipasang berpasangan dengan bantalan lain baik secara paralel, bertolak belakang yang disebut dengan tandem, sehingga mampu menahan beban aksial.
Gambar 2.8 Bantalan bola kontak sudut baris ganda Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
4. Bantalan bola kontak sudut baris ganda Disamping menahan beban radial, bantalan ini juga menahan beban aksial dalam kedua arah. Karena konstruksinya, bantalan tersebut dapat juga menahan beban torsi. Dalam hal ini karena kekurangan ruangan bantalan ini dapat digunakan untuk mengganti dua bantalan.
Gambar 2.9 Bantalan bola kontak sudut baris ganda Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
5. Bantalan gelinding tong baris ganda Bantalan ini mempunyai dua baris gelinding yang pada umumnya mempunyai alur berbentuk bola pada cincin luar, sedemikian rupa sehingga bantalannya dapat diatur. Bantalan memiliki kapasitas beban radial yang besar dan ideal untuk mengatasi beban kejut.
14
Gambar 2.10 Bantalan gelinding tong baris ganda Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
6. Bantalan silinder baris tunggal Bantalan ini mempunyai dua lintasan pada satu cincin yang biasanya terpisah dengan yang lain. Sebagai hasil dari pemisahan ini, cincin dapat bergerak aksial dengan mengikuti cincin yang lain. Hal ini merupakan keuntungan yaitu ketika bantalan harus mengalami perubahan panjang misalnya disebabkan oleh perubahan temperatur. Selain cincin dapat dipasang tanpa terpengaruh oleh yang lain, perakitan dapat dilakukan dengan lebih mudah. Bantalan ini mempunyai kapasitas beban radial yang besar dan juga cocok untuk kecepatan tinggi.
Gambar 2.11 Bantalan silinder baris tunggal Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
7. Bantalan gelinding kerucut Berdasarkan konstruksinya bantalan ini ideal untuk beban aksial maupun radial, walaupun beban aksial masuk dalam satu arah. Bantalan ini
15
dapat dipisah, cincin dalam dipasang bersama dengan rol/peluru dan cincin luar dibuat secara terpisah.
Gambar 2.12 Bantalan gelinding kerucut Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
8. Bantalan bola aksial arah tunggal Bantalan ini cocok untuk menahan gaya aksial dalam satu arah dan tidak dapat dibebani gaya radial. Bagian bantalan dapat dipisahkan sehingga mudah untuk pemasangan.beban aksial minimum yang dapat dikenakan pada bantalan tergantung pada kecepatan. Bantalan tipe ini sensitif terhadap ketidaksebarisan (misalignment) poros terhadap rumahnya.
Gambar 2.13 Bantalan bola aksial arah tunggal Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
9. Bantalan bola aksial arah ganda Tidak seperti bantalan bola aksial satu arah, bantalan ini dapat menahan beban aksial dalam kedua arah. Bantalan ini, bagian-bagiannya juga dapat dipasang secara individual dan tidak boleh dibebani beban radial.
16
Gambar 2.14 Bantalan bola aksial arah ganda Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
10. Bantalan bola dan soket Bantalan ini mempunyai alur dalam berbentuk bola. Sebagai hasil dari alur ini bantalan bola dan soket dapat mapan sendiri. Kekurangan sebarisan sedikit poros terhadap rumah bantalan dapat diijinkan. Kapasitas bantalan aksial sangat besar. Tidak seperti bantalan aksial, mereka juga dapat menahan beban radial yang timbul secara simultan serta cocok untuk kecepatan tinggi.
Gambar 2.15 Bantalan bola dan soket Sumber: Teknik Perawatan (Parno Raharjo)
2.2.6 Pemilihan bantalan gelinding Dalam melakukan pemilihan, yang perlu dicantumkan adalah kode bantalan. Kode bantalan didapat dari bantalan yang baru dilepas dari mesin. Biasanya nama pabrik dan nomor kode terdapat pada sisi bantalan. Jika tidak didapat dipasaran dapat ditentukan ekualivalensinya. Kode atau angka dapat digunakan sebagai angka pemilihan. Kode tersebut menunjukan: 1. Konstruksi dan tipe bantalan 2. Dimensi: ·
Diameter cincin luar
17
·
Diameter cincin dalam
·
Lebar bantalan
3. Sil Standar atau kode bantalan biasanya mencantumkan pabrik pembuat atau merk dagang berikut kode awalan (prefix), ukuran dan jenis serta kode akhiran (suffix) sebagi contoh:
6
2
12
II
III
Pengelompokan digitalnya:
I
Kode bantalan yang utama terdiri dari 3 digit: Digit I, menunjukan kode tipe (type code) Digit II, menunjukan kode seri (series code) Digit III, menunjukan kode lubang (bore code)
2.2.6.1 Kode tipe Kode-kode tipe ditunjukan sebagai berikut: Angka 1, menunjukan bantalan bola mapan sendiri baris ganda (double row self aligning ball bearing) Angka 2, menunjukan tipe no. 1, tetapi lebih lebar Angka 3, menunjukan bantalan bola kontak sudut baris ganda (double row angular contact ball bearing) Angka 4, menunjukan bantalan bola alur dalam baris ganda (double row deep groove ball bearing) Angka 6, menunjukan bantalan bola alur dalam baris tunggal (single row deep groove ball bearing) Angka 7, menunjukan bantalan bola kontak sudut baris tunggal (single row angular contact ball ball bearing)
18
Angka 16, menunjukan tipe 6, tetapi lebih sempit Angka 22, menunjukan bantalan gelinding tong baris ganda (double row spherical roller bearing) Angka 30, menunjukan bantalan gelinding kerucut (taper roller bearing) Angka 51, menunjukan bantalan bola aksial (thrust ball bearing) Huruf N, menunjkan bantalan gelinding silinder baris tunggal (single row roller cylinder bearing)
2.2.6.2 Kode seri Kode-kode seri bantalan antara lain: Angka 0, menunjukan seri diameter ISO 0, beban sangat ringan (extra light) Angka 1, menunjukan seri diameter ISO 1, beban aksial sangan ringan (extra light thrust) Angka 2, menunjukan seri diameter ISO 2, beban ringan (light) Angka 3, menunjukan seri diameter ISO 3, beban menengah (medium) Angka 4, menunjukan seri diameter ISO 4, beban berat (heavy)
2.2.6.3 Kode lubang Kode-kode diameter lubang sebagai berikut: Kode 00, menunjukan diameter lubang 10mm Kode 01, menunjukan diameter lubang 12mm Kode 02, menunjukan diameter lubang 15 mm Kode 03, menunjukan diameter lubang 17 mm Kode 04, menunjukan diameter lubang 20 mm Kode lebih besar atau sama dengan 4 menunjukan diameter lubangnya 5 kali lebih besar dari angka tersebut dalam mm.
2.2.6.3 Awalan dan akhiran (prefix dan suffix) Untuk keperluan dan disain khusus, kode bantalan dilengkapi dengan awalan dan akhiran, kode-kode awalan antara lain: GS, awalan ini menunjukan rumah pengunci bantalan aksial silinder.
19
L, bantalan yang mana ring dan ring luar terpisah R, bantalan yang dapat dipisah tanpa menggerakan ring dalam dan ring luar WS, pengunci poros dari bantalan gelinding silinder Kode-kode akhiran antara lain: E, bantalan kontak sudut 40o baris tunggal K, diameter lubang berbentuk kerucut 1:12 K30, diameter lubang berbentuk kerucut 1:30 N, alur snap ring pada ring luar C1, clearance kurang dari C2 C2, clearance kurang dari normal C3, clearance lebih besar dari normal C4, clearance lebih besar dari C3 C4, clearance lebih besar dari C4
2.2.7 Perhitungan beban dan umur bantalan gelinding 2.2.7.1 Perhitungan beban ekivalen Suatu beban yang besarnya sedemikian rupa hingga memberikan umur yang serupa dengan umur yang diberikan oleh beban dan kondisi putaran sebenarnya disebut beban ekivalen dinamis. Jika suatu deformasi permanen, ekivalen dengan deformasi permanen maksimum yang terjadi karena kondisi beban statis yang sebenarnya pada bagian dimana elemen gelinding membuat kontak dengan cincin pada tegangan maksimum, maka beban menimbulkan deformasi tersebut dinamakan beban ekivalen statis. Misalnya sebuah bantalan membawa beban radial Fr (kg) dan beban aksial Fa untuk bantalan radial (kecuali bantalan roll silinder)
(5) Untuk bantalan aksial
(6)
20
Faktor V sama dengan 1 untuk pembebanan pada cincin dalam yang berputar dan 1,2 untuk pembebanan pada cincin luar yang berputar. Harga-harga X dan Y terdapat dalam lampiran 6.
2.2.7.2 Perhitungan umur Nominal Umur nominal L dapat ditentukan dengan pemilihan faktor kecepatan dengan adanya C (kg) menyatakan beban nominal dinamis spesifik dan P (kg) beban ekivalen dinamis.
Untuk bantalan bola, Untuk bantalan rol,
1/3
3/10
(7) (8)
Faktor umur adalah : Untuk kedua bantalan,
(9)
Untuk nominal
(10)
Untuk bantalan rol,
(11)
2.3 Transmisi sabuk-V Sabuk-V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan tetoron atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. Sabuk V dibelitkan dikeliling alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang sedang membelit pada puli ini mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentuk baji, yang akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relatif rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulan sabuk-V dibandingkan sabuk rata. Atas dasar rencana dan putaran poros penggerak, penampang sabuk-V yang sesuai dapat diperoleh pada tabel. Transmisi sabuk-V hanya dapat menghubungkan poros-poros yang sejajar dengan arah putaran yang sama. Dibandingkan dengan transmisi yang lain sabuk ini memilki beberapa keuntungan antara lain:
21
a. Konstruksi sederhana, sehingga lebih murah. b. Dapat memindahkan tenaga pada poros yang jaraknya relatif jauh c. Luwes dan getaran rendah Kerugian pemindahan tenaga dengan sabuk ini antara lain: a. Terjadi slip b. Dalam kondisi terbuka, keselamatan kerja kurang c. Kapasitas terbatas Jenis-jenis pemindahan dengan tenaga sabuk mengalami kemajuan yang cukup pesat yang disebabkan karena kebutuhan dan ditemukannya kelemahankelemahan yang telah dipergunakan. Perkembangan jenis sabuk meliputi sabuk rata, sabuk bulat, sabuk-V dan sabuk gigi atau sabuk gilir. Jenis-jenis pemindahan dengan tenaga sabuk dilihat dari penampang sabuknya ditunjukan seperti gambar berikut.
Gambar 2.16 Macam-macam sabuk Sumber: Elemen mesin (Sularso)
Sabuk rata digunakan pada transmisi sabuk yang jarak poros sampai 10 m, perbandingan putarannya 1:1 sampai 6:1. Sabuk-V digunakan pada jarak poros sampai 5 m, dengan perbandingan putaran 1:1 sampai 7:1 dan sabuk gigi dengan perbandingan putaran 1:1 sampa 6:1.
22
2.3.1 Bahan sabuk Sabuk dibuat dari bahan yang memenuhi syarat kuat, luwes, tahan gesekan dan memiliki koefisien gesek yang tinggi. Sabuk dibuat dari bahan bermacammacam antara lain a. Kulit (leather), digunakan untuk sabuk rata, pada bagian luar dibuat dari bahan yang halus dan bagian dalam dibuat dari bahan yang lebih kuat. b. Katun (cotton) atau fabric, dibuat dengan pencetakan dan dilapisi dengan kanvas, c. Karet, dibuat dari serat pabrik yang dijadikan satu dengan karet. Sabuk ini sangat luwes, tetapi mudah rusak dan tidak tahan panas. d. Balata, bahan ini sejenis karet, tetapi memiliki sifat tahan terhadap asam dan air. Sabuk ini tidak tahan terhadap temperatur yang lebih tinggi dari 40o C. pada temperatur ini balata akan meleleh. Massa jenis bahan sabuk ditunjukan pada tabel 2.1 berikut:
2.3.2 Koefisien antara sabuk dan puli Koefisien gesek antara sabuk dan pui ditentukan oleh tingkat kekeringan, bahan puli dan bahan sabuk. Disamping itu secara praktis dipengaruhi oleh kecepatan linier sabuk itu sendiri.
(12) Keterangan :
23
2.3.3 Perbandingan putaran dengan transmisi sabuk Sumber tenaga yang digerakan untuk menggerakan mesin, antara lain motor diesel, motor bensin, motor listrik dan penggerak mula lainnya. Motormotor tersebut memiliki putaran yang telah ditentukan. Sedang putaran mesin yang digunakan dipengaruhi oleh ukuran atau diameter puli yang digunakan. Misalnya dimeter puli pengerak d1 dan yang digerakkan d2, jarak pusat poros l, putaran penggerak n1, maka putaran poros yang digerakan dapat ditentukan.
Gambar 2.17 Perbandingan putaran sabuk Sumber: Elemen mesin (Sularso)
Pada pemindahan tenaga tansmisi sabuk, kecepatan linier disetiap elemen sabuk atau puli akan sama. Kecepatan pada puli penggerak V1, akan sama dengan kecepatan linier pada puli yang digerakan V2.
(13) (14) (15)
Keterangan : d1 : Diameter puli penggerak (mm) d2 : Diameter puli yang digerakkan (mm) n1 : Putaran puli penggerak (rpm) n2 : Putaran puli yang digerakkan (rpm)
24
s
: slip setiap puli (%)
2.3.4 Panjang sabuk Panjang sabuk yang diperlukan dipengaruhi oleh diameter kedua puli dan jarak kedua poros. Untuk sabuk V panjang sabuk dipakai untuk memilih tipe dan standar sabuk yang dipakai. Selain itu panjang sabuk sebagai dasar untuk menentukan jarak pengaturan, pengendoran dan pengencangan sabuk. Panjang sabuk ditentukan dengan perhitungan geometris.
Gambar 2.18 Konstruksi sabuk Sumber: Elemen mesin (Sularso)
Diameter puli penggerak D mm, diameter puli yang digerakkan d mm dan jarak poros l mm. panjang sabuk L (mm) dapat ditentukan dengan rumus pendekatan sebagai berikut.
(16)
Keterangan : L : Panjang sabuk (mm) l : Jarak poros (mm) D : Diameter puli besar (mm) d : Diameter puli kecil (mm)
25
2.3.5 Tenaga yang dipindahkan Tenaga yang dapat dipindahkan pada sabuk, ditentukan oleh diameter puli, kecepatannya dan gaya tegang pada masing-masing sisi sabuk: (17)
Keterangan : P : Tenaga yang dipindahkan (watt) T1 : gaya tegang sabuk pada sisi kencang (N) T2 : gaya tegang sabuk pada sisi kendor (N) V : Kecepatan sabuk (m/det)
2.3.6 Pemilihan jenis sabuk V Pemilihan jenis sabuk berdasarkan daya penggerak yang dikalikan dengan faktor koreksi dan putaran puli kecil atau putaran yang tinggi. Besarnya tenaga koreksi atau tenaga perencanaan dinyatatakan dengan rumus: (18) Keterangan : Pp : Daya perancangan (watt) Pn : Daya nominal (watt) Fs : faktor pemakaian atau serfis Faktor pemakaian atau serfis ditentukan berdasarkan penggerak dan jumlah jam kerja. Besarnya faktor pemakaian atau faktor serfis dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut.
26
2.3.7 Standar sabuk V Sabuk dibuat oleh pabrik dan distandarkan berdasarkan tipe , panjang dan pabrik pembuat. Kode standar sabuk terdiri dari 3 kelompok yaitu:
I
II
III
I : Panjang sabuk dalam inci / mm II : Tipe sabuk III: Manufaktur Kelompok pertama, menunjukan pabrik pembuat atau manufacture Kelompok kedua, menunjukan tipe penampang sabuk Kelompok ketiga, menunjukan ukuran sabuk yaitu panjang pada lingkaran jarak dalam mm atau dalam inchi. Panjang sabuk yang tertera pada tabel tersebut merupakan panjang sabuk pada lingkaran jarak dalam satuan inchi sekaligus sebagai nomer standar. Nomer sabuk misalnya BANDO B-45 maksudnya sabuk V buatan BANDO, tipe B dengan panjang sabuk 45 inchi.
2.4 Poros Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Berikut merupakan penjelasan mengenai poros. 2.4.1 Macam-macam poros Poros untuk meneruskan daya diklasifikasikan menurut pembebanannya sebagai berikut : 1.
Poros transmisi Poros macam ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk atau sproket rantai, dan lain-lain.
27
2.
Spindel Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenuhi poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.
3.
Gandar Poros seperti yang dipasang di antara roda-roda kereta barang, dimana tidak mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut gandar. Gandar ini hanya mendapat 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, dan lain – lain.
2.4.2 Hal-hal penting dalam perencanaan poros Untuk merencanakan sebuah poros, hal-hal berikut ini perlu diperhatikan. ·
Kekuatan poros Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau
gabungan antara puntir dan lentur seperti telah diutarakan di atas. Juga ada poros yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau turbin, dan lain-lain. Kelelahan, tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak, harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-beban di atas. ·
Kekakuan poros Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika
lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan kotak roda gigi).
28
Karena itu, disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus diperhatikan dan disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani poros tersebut. ·
Putaran kritis Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran
tertentu dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrik, dan lain-lain. Dan dapat mengakibatkan kerusakan pada poros dan bagianbagian lainnya. Jika mungkin, poros harus direncanakan sedemikian rupa hingga putaran kerjanya lebih rendah dari putaran kritisnya. ·
Korosi Bahan-bahan tahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih untuk
poros propeller dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk poros-poros mesin yang sering berhenti lama. Sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap korosi. ·
Bahan poros Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang
ditarik dingin dan difinis, baja karbon konstruksi mesin (disebut S-C) yang dihasilkan dari ingot yang di-kill (baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilikon dan dicor, kadar karbon terjamin). Meskipun demikian, bahan ini kelurusannya agak kurang tetap dan dapat mengalami deformasi karena tegangan yang kurang seimbang misalnya diberi alur pasak, karena ada tegangan sisa didalam terasnya. Tetapi penarikan dingin membuat permukaan poros menjadi keras dan kekuatannya bertambah besar. Bahan poros dapat dilihat di lampiran. Berikut merupakan rumus untuk pencarian diameter poros. Poros dengan beban puntir : ·
5,1 Kt Cb T Poros pejal : ds a
1/ 3
(19)
29
·
5,1 Kt Cb T Poros berongga : do 4 a 1 k
1/ 3
(20)
Poros dengan beban lentur : 1/ 3
·
10,2 Kt Km M Poros pejal : ds a
·
10,2 Kt Km M Poros berongga : do a 1 k 4
(21) 1/ 3
(22)
Poros dengan beban puntir dan lentur : ·
·
5,1 Poros pejal : ds
Km M 2 Kt T 2
5,1 do Poros berongga :
a
1/ 3
(23)
Km M 2 Kt T 2 a 1 k 4
1/ 3
(24)
Dimana : Kt adalah faktor koreksi momen puntir. Kt = 1 untuk beban dikenakan secara halus Kt = 1 - 1,5 untuk beban dikenakan dengan sedikit kejutan Kt = 1,5 - 3 untuk beban dikenakan dengan kejutan Km = faktor koreksi momen lentur. Km = 1,5 untuk tumbukan halus Km = 1 - 2 untuk tumbukan ringan Km = 2 - 3 untuk tumbukan berat Cb adalah faktor koreksi beban lentur. Cb = 1 jika tidak ada beban lentur Cb = 1,2 - 2,3 jika ada beban lentur T adalah torsi atau momen puntir Torsi dapat diperoleh dengan rumus : T
Pd
(25)
Pd adalah daya rencana yang dapat diperoleh dengan menggunakan rumus: Pd P fc
(26) 30
fc adalah faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan. Penentuan fc dapat ditentukan berdasarkan tabel pada lampiran.
a adalah tegangan geser izin. Diperoleh dari rumus :
a
u Sf1 Sf 2
(27)
Sf1 dan Sf2 adalah faktor keamanan Sf1 = 5,6 jika bahan poros yang digunakan dari SF Sf1 = 6,0 jika bahan poros yang digunakan dari S-C dengan pengaruh massa dan baja paduan. Sf2 berkisar 1,3 - 3,0 k adalah perbandingan untuk poros berongga M adalah momen lentur terbesar yang terjadi pada poros.
2.5 Roda gigi (Gear box) 2.5.1 Konstruksi Roda gigi merupakan salahsatu dari konstruksi transmisi. Roda gigi berfungsi untuk meneruskan gerak atau putaran dari sumber penggerak ke poros yang digerakkan dan juga berfungsi sebagai perantara. Roda gigi
banyak
digunakan di indusri baik industri baja, kayu lapis, perkebunan dan lain-lainnya.
Gambar 2.19 Reduction worm gear (www,wikipedia.com)
Bagian utama roda gigi antara lain terdiri dari:
31
·
Poros gigi cacing (worm shaft) poros ini terbuat dari baja karbon untuk konstruksi mesin yang dikeraskan.
·
Roda gigi cacing (worm gear). Roda gigi ini dibuat dari alumunium khusus atau bronz.
·
Rumah (casing) dibuat dari besi tuang kelabu.
·
Poros keluaran (output shaft) dibuat dari baja karbon untuk konstruksi mesin
·
Tutup (cover ) dibuat dari tuangan alumunium.
2.5.2 Standar dan spesifikasi Standar produk roda gigi reduksi dinyatakan dalam 7 digit. Digit 1 menunjukan pabrik pembuat (manufacturer) SK adalah Shinko Mfg. Co. Ltd Digit II, menunjukan posisi poros cacing, macam-macam posisi: A menunjukan poros keluaran pada sebelah kanan B menunjukan poros keluaran pada sebelah kiri
Gambar 2.20 Macam arah gearbox (www.wikipedia.com)
32
Digit III, menunjukan model antara lain: W, menunjukan reductor roda gigi cacing tunggal degan posisi penggerak diatas B, menunjukan reductor roda gigi cacing tunggal dengan posisi penggerak dibawah K, menunjukan reductor roda gigi cacing tunggal dengan posisi penggerak horizontal dan yang digerakan vertikal
Digit IV EX menunjukan penggerak motor secara langsung Digit V, menunjukan ukuran jarak antara sumbu poros sekaligus kode ukuran roda gigi reduksi Ukurannya 50,60,70,80,100,120,135,155,175,200,225,250,300,350,400,450,500mm Digit VI menunjukan perbandingan gigi Perbandingan reduksi 1/10,1/15, 1/20, 1/25, 1/30, 1/40, 1/50, 1/60 Digit VII menunjukan perakitan poros B, K dan W 2.5.3 Pemilihan reduction gear Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemilihan reduction gear adalah: ·
Kecepatan poros input
·
Kecepatan poros output
·
Perbandingan reduksi
·
Efisiensi
·
Tenaga yang dipindahkan
·
Torsi
·
Faktor beban
·
Faktor beban anjur
·
Momen beban anjur Kecepatan poros input yang dihubungkan langsung dengan penggerak
menggunakan sabuk ke puli secara umum antara 1800rpm-600rpm. Untuk reducer gear kecepatan kelilingnya kurang atau antara 10-12 m/s dengan
33
kecepatan poros maksimum 2000 rpm. Jika kecepatan poros masukan kurang dari 600 rpm dan khususnya kurang dari 100 rpm atau kurang perlu dipertimbangkan reducer tertentu. Kecepatan poros keluaran dapat ditentukan dan dihitung berdasarkan perbandingan reduction ratio. Jika reduction ratio, maka kecepatan poros keluarannya : no = n i x i
(28)
Standar reduction gear secara umum antara lain: 1. Roda gigi cacing reduksi tunggal 2. Roda gigi cacing reduksi ganda efisiensi roda gigi cacing reduksi tergantung dari sudut ulir roda gigi cacing, kecepatan, keliling dan koefisien gesek bahan.
34
