Laporan Tugas Akhir
BAB III PERANCANGAN SISTEM TRANSMISI RODA GIGI DAN PERHITUNGAN
3.1 Metode Penelitian Metode penelitian yang dipakai dalam perancangan ini adalah metode penelitian lapangan, dimana tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Menemukan fakta yang ada pada produk yang sudah ada 2. Menguji kebenaran atas fakta atau prinsip produk yang sudah ada (verifikatip) 3. Mengembangkan fakta /prinsip/produk yang sudah ada (development)
3.2 Fakta Yang Diperoleh Fakta yang sudah ada pada kendaraan mobil mini adalah sebagai berikut : 1. Berat kendaraan
W = 160 kg
2. Mesin yang digunakan Suzuki Smash 4 tak 110 cc 3. Daya maksimum mesin
P = 8,3 ps/8000 rpm
4. Diameter as roda/shaft belakang d = 25 mm
Universitas Mercu Buana
33
Laporan Tugas Akhir 5. Diameter as roda/shaft depan
d = 12 mm
6. Ukuran ban depan dan belakang = 350-8-4PR
3.3 Metode Perancangan Metode yang dipakai dalam perancangan ini adalah metode sistematis. Tahap-tahap perancangan yang harus dilakukan adalah : 1. Penjabaran tugas (clarification of the task) Tahap ini meliputi pengumpulan informasi tentang syarat-syarat yang diharapkan dipenuhi oleh solusi akhir. Dari informasi yang di peroleh kemudian disusun dalam daftar syarat-syarat daftar spesifikasi. 2. Perancangan konsep (conceptual design) Perancangan konsep meliputi pembuatan struktur-struktur fungsi, mencari prinsip-prinsip pemecahan masalah dan mengkobinasikannya menjadi beberapa konsep (consept varian). Solusi terbaik dipilih berdasarkan hasil analisis konsep varian tersebut. 3. Perancangan wujud (embodiment design) Perancangan
wujud
meliputi
pengembangan
perancangan
dengan
menggunakan krileria teknik dan ekonomi. Hasil dari tahap ini berupa lay out yailu penggambaran dengan jelas rangkaian dan bentuk elemen suatu produk, pemilihan bahan dan proses produksi. 4. Perancangan terperinci ( detail design) Bentuk dimensi dan sifat permukaan semua komponen ditetapkan dalam tahap ini. Kemungkinan produk tersebut dapat dibuat secara ekonomis dan teknis
Universitas Mercu Buana
34
Laporan Tugas Akhir diperiksa kembali, kemudian semua gambar dan dokumen produksi diselesaikan.
3.4 Perancangan wujud sistem transmisi roda gigi 3.4.1 Susunan kontruksi transmisi roda gigi transmisi roda gigi pada kendaraan mobil mini dengan mesin motor smash 4 tak 110 cc dan kontruksi roda gigi mundur, seperti gambar dibawah ini :
Gamabar 3.1 Susunan transmisi roda gigi
3.4.2 Perancangan Dudukan Untuk Roda Gigi Rangka yang digunakan dalam perancangan sistem roda gigi adalah batang profil segi empat yang berfungsi sebagai dudukan roda gigi.
Gambar 3.2 Mobil mini sebelum dibuat dudukan roda gigi maju-mundur
Universitas Mercu Buana
35
Laporan Tugas Akhir 3.4.3 Perencanaan Roda Gigi Maju – Mundur Pada sistem transmisi roda gigi kendaraan mobil mini seperti sistem transmisi pada kendaran motor empat tak pada umumnya, tetapi kendaraan ini juga dilengkapi dengan roda gigi maju-mundur yang menghubungkan rantai pada mesin ketransmisi roda gigi maju-mundur sebagai penerus daya. Mobil mini ini memakai empat rantai sebagai penerus daya dengan panjang rantai yang sudah di tentukan. Dimana rantai ini mempunyai kerja masing-masing sebagai berikut:
•
Rantai I
:
Penerus daya pada mesin dihubungkan ke poros roda gigi maju- mundur
•
Rantai II
:
Maju
•
Rantai III
:
Mundur
•
Rantai IV
:
Penerus ke poros roda As belakang
Gambar 3.3 Empat rantai pada mobil mini
Gambar 3.4 Rantai mobil mini
Universitas Mercu Buana
36
Laporan Tugas Akhir Spesifikasi pada roda gigi maju-mundur Panjang roda As
P : 250 mm
Diameter roda As
D : 20 mm
Rantai
P : 300 mm
Jumlah gigi
Z : 12
Gambar 3.5 Gear ratio pada mobil mini
3.4.4
Perancangan Pemindah Gigi Perseneling Sistem pemindah gigi atau perseneling pada mobil ini dirancang
memakai besi dan plat penyambung dengan ukuran yang sudah ditentukan, sehingga seperti pemindah gigi perseneling pada mobil umumnya. Kendaraan ini memakai kopling (clutch) otomatis seperti sistem mekanisme pemindah gigi mesin motor 4 tak.
Universitas Mercu Buana
37
Laporan Tugas Akhir
Gambar 3.6 Perseneling pada mobil mini
•
Cara Kerja Gigi Maju-Mundur Saat mobil di hidupkan rantai sebagai penerus daya yang berputar
rantai I, II, III, dan rantai IV dalam keadaan diam.bila rantai semuanya berputar Pemindah gigi perseneling harus dimasukan ke gigi partama, dan rantai berputar semua, tetapi kendaraan belum dapat bergerak atau jalan. Karena mobil masih keadaan netral walaupun sudah masuk gigi pertama, sehingga kita harus memindahkan perseneling maju-mundur yang terpisah pada perseneling satu kedepan atau maju dan gear rationya maju ke kanan lalu mengunci dan mobil bisa berjalan. Jika mobil ingin bergerak mundur sebaliknya perseneling majumundur ditarik kebelakang dan gear ratio masuk kesebalah kiri mengunci dan mobil dapat berjalan mundur.
Universitas Mercu Buana
38
Laporan Tugas Akhir
Gambar 3.7 Transmisi Roda Gigi Maju-Mundur
3.4.5
Perencanaan Poros Gaya-gaya tangensial pada pasangan roda gigi dalam kotak transmisi
terdiri dari gaya tangensial, gaya aksial dan gaya radial. Ketiga gaya tersebut akan menimbulkan momen yang akan mempengaruhi kekuatan poros, baik poros input, output maupun poros perantara. Tetapi gaya radial yang timbul besarnya jauh lebih kecil dari gaya tangensial. Oleh karena itu, dalam perhitungan hanya gaya tangensial dan gaya aksial yang digunakan dalam perancangan ini. Gaya-gaya tersebut dengan jarak tertentu memberikan momen yang mempengaruhi kekuatan poros. Hal inilah yang akan dihitung dalam sub bab perencanaan poros.
3.4.6
Perencanaan Bantalan Poros ditumpu oleh bantalan rol kerucut ( teper roler ). Dengan adanya
bantalan, maka putaran dan gerakan bolak-balik dapat berputar secara halus. Oleh
Universitas Mercu Buana
39
Laporan Tugas Akhir karena itu bantalan tersebut harus cukup kokoh agar poros dan komponen mesin lainnya dapat bekerja sebagaimana semestinya
3.5 Perhitungan Roda Gigi Data – data yang diperlukan dalam perhitungan roda gigi adalah sebagai berikut : -
Daya pada motor penggerak
P = 0,1865 kW
-
Putaran pada poros penggerak
n = 20 rpm
-
Modul roda gigi
m =2
-
Sudut tekan pahat
α 0 = 20 0
-
Faktor koreksi
fc =1,5 Tabel 2.2
-
Jarak sumbu poros
a = 110
-
Perbandingan roda gigi
i =6
Bahan pinion -
Kekuatan tarik S 35 C
σ B 1 = 52 N/mm2 Tabel 2.4
-
Tegangan lentur S 35 C
σ a 1 = 26 N / mm2
-
Kekerasan permukaan sisi gigi
HB1 = 200
Bahan batang gigi -
Kekuatan tarik S 45 C
σ B 2 = 58 N/mm2 Tabel 2.4
-
Tegangan lentur S 45 C
σ a 2 = 30 N / mm2
Universitas Mercu Buana
40
Laporan Tugas Akhir -
Kekerasan permukaan sisi gigi
HB2 = 220
Faktor tegangan kontak pada bahan roda gigi -
KH = 0,053 N/mm2 Tabel 2.5
Gigi menurut kekerasan
3.5.1. Daya rencana yang ditransmisikan P r , dari persamaan ( 2. 1 ) P r = fc x P
= 1,5 x 0,1865 = 0,27 kW
3.5.2. Menentukan diameter sementara lingkaran jarak bagi
d '1 , d ' 2 dari
persamaan ( 2, 3 ) d '1 =
2xa (1x i )
=
2 x 110 (1 x 6 )
= 36 mm
3.5.3. Menentukan jumlah gigi (
Z1 , Z 2 ), dan perbandingan gigi ( i )dari
persamaan ( 2. 4 ) Z1 =
d '1 m
=
36 2
= 18 Z 2 = Panjang rack / pitch
Universitas Mercu Buana
41
Laporan Tugas Akhir
Pitch =
=
π x d '1 Z1
dari persamaan ( 2. 5 )
3,14 x 36 18
= 6,28
790 6,28
Z2 =
= 125
Perbandingan gigi ( i ), dari persamaan ( 2. 6 )
i =
Z2 Z1
=
125 18
=6
3.5.4. Diameter lingkaran jarak bagi ( roda gigi standar ), d 01 , d 0 2 dari persamaan ( 2. 7 )
d 01 = m x Z 1 = 2 x 18 = 36 mm
3.5.5. Menentukan kelonggaran puncak Ck , dari persamaan ( 2.8 )
Ck = 0,25 x m = 0,25 x 2 = 0,5 mm
Universitas Mercu Buana
42
Laporan Tugas Akhir 3.5.6. Menentukan faktor bentuk gigi, Y1 , Y2 ( Tabel 2. 3 )
Z1 = 18
Z 2 = batang gigi
Y1 = 0,308
Y2 = 0,484
3.5.7. Kecepatan keliling v ( m / s ) dan gaya tangensial Ft dari persamaan (2.9)
v=
=
π x d 01 x n 60 x 1000 3,14 x 36 x 20 60000
= 0,037 m / s
Gaya tangensial Ft , dari persamaan ( 2.10 )
Ft = =
102 x P v 102 x 0,1865 0,037
= 514 N
3.5.8. Menentukan faktor dinamis Fv , dari persamaan ( 2.11 ) Fv =
=
3 3+v 3 3 + 0,037
= 0,98
Universitas Mercu Buana
43
Laporan Tugas Akhir 3.5.9. Beban lentur yang diijinkan persatuan lebar F ' B 1 , F ' B 2 dari persamaan ( 2. 12 ) F ' B 1 = σ a 1 x m x Y1 x Fv
= 26 x 2 x 0,308 x 0,98 = 15,6 N / mm
F ' B 2 = σ a 2 x m x Y2 x Fv = 30 x 2 0,484 x 0,98 = 28,4 N / mm
3.5.10. Beban permukaan yang diijinkan persatuan lebar F ' H dari persamaan ( 2, 13 ) F ' H = Fv x KH x d 01
2 x Z2 Z1 + Z 2
= 0,98 x 0,053 x 36
2 x 125 18 + 125
= 1,86984 x 1,724 = 322 N / mm
3.5.11.
Menentukan lebar sisi b , dari persamaan ( 2,14 ) b=
=
Ft F'H
514 322
= 15,7 mm
Universitas Mercu Buana
44
Laporan Tugas Akhir 3.6 Perhitungan Poros Data – data yang diperlukan dalam perhitungan poros adalah sebagai berikut : Bahan poros S45C Daya yang ditransmisikan
= 10 kW
Putaran poros
n = 1450
Faktor koreksi
fc = 1,0
Kekuatan tarik
B
= 58 (N/mm²). Tabel 2.4
Sf1 = 6 ( ref.sularso, hal 8)
Faktor keamanan
Sf2 = 1,3-3,0. (ref.sularso,hal 8) Faktor lenturan
Cb = 2,0
Faktor koreksi untuk momen puntir
Kt = 1,5
3.6.1 Menentukan daya rencana Pd (kW), dari persamaan (2.15) Pd = fcP (kW) Pd = 1,0 X 10 = 10 kW Jika momen puntir (disebut juga momen rencana) T (kg.mm) maka : T = 9,74 x 105
Pd n1
T = 9,74 x 105
Dari persamaan (2.17)
10 1450
T = 6717 N.mm
Universitas Mercu Buana
45
Laporan Tugas Akhir 3.6.2 Menentukan tegangan geser (N/mm²), dari persamaan (2.18) T 5,1 T = 3 d s (πd s / 16)
=
=
3
5,1 x 6717 28³
= 1,56 N/mm² 3.6.3 Menentukan tegangan geser yang diizinkan
a (N/mm²),
dari persamaan (2.19) a
a
=
=
σB Sf1 x Sf 2 58 6,0 x 2,0
= 4,83 N/mm²
3.6.4 Menentukan diameter poros ds (mm), dari persamaan (2.20) ds =
5,1
τa
1/ 3
x K t x Cb x T
5,1 = x 1,5 x 2,0 x 66717 4,83
1/ 3
= 27,7 mm
3.7 Perhitungan Poros Roda •
Jenis poros yang dipakai adalah jenis poros transmisi, karena poros menerima beban punter dan lentur. Besarnya beban.( P ) yang menimbulkan momen
Universitas Mercu Buana
46
Laporan Tugas Akhir lentur pada poros roda belakang adalah ekivaien dengan '/2 dari jumlah gaya yang bekerja pada roda belakang, gaya yang bekerja pada roda belakang ( Pb ) adalah '/2 jumlah berat kendaraan dengan muatan penumpang maksimum dikurangi dengan berat roda, torsi yang bekerja pada poros roda belakang ( Tb ) adalah 3000 N.cm : •
Pb = 1/2(200 + 100) kg =150 N
•
P = '/2(150) kg = 75 N
•
Jarak antara roda dan bantalan poros, L1 / L3 = 5 cm
•
Momen lentur yang terjadi pada poros roda belakang ( Mb ) = 375 N.cm
•
Z = momen tahanan lentur = (
•
Bahan poros adalah SC 45 JIS G 5101, dengan
/ 32 ) d3 B=
45 N/mm2 (Sularso,
Dasar Perencanaan dan Pemiiihan Elemen Mesin) •
Total momen yang terjadi pada poros roda belakang ( Mtotal ) = ( Tb2 + Mb2 )½
3.8 Perhitungan Bantalan Dari perhitungan banatalan data-data diterima oleh poros utama sebagai berikut : Reaksi tumpuan /Gaya radial, RA = FT = 5904,747 N Gaya aksial, Fa = 3086,749 N •
Pengecekan terhadap nilai e : (Ir Sularso. Dasar perencanaan dan pemilihan Elemen mesin, Hal 144) Fa /(FT . V) = 3096,749 / 5904,747 = 0,524 > e 0,524 > e (0,35) maka diambil : X = 0,4 dan Y = 0,5
Universitas Mercu Buana
47
Laporan Tugas Akhir •
Umur bantalan, Lh = 5000 jam
•
Putaran mesin pada torsi maksimum, n = 3000 rpm
•
Faktor umur pemakaian (Ir Sularso. Dasar perencanaan dan pemilihan Elemen mesin, Hal 136) fn =[Lh / 500] 3/10 = [5000 / 500] 3/10 = 1,99
•
Faktor Kecepatan, fn (Ir Sularso. Dasar perencanaan dan pemilihan Elemen mesin, Hal 136) fn =[33,3 / n] 3/10 = [33,3 / 3000] 3/10 = 0,259
•
Beban ekuivalen dinamis pada bantalan, P : (Ir Sularso. Dasar perencanaan dan pemilihan Elemen mesin, Hal 144) P = X . FT + Y. Fa = 0,4. 5904,747 + 0,5. 3096,749 = 3910, 274 N
•
Beban nominal dinamis spesifik bantalan, C : (Ir Sularso. Dasar perencanaan dan pemilihan Elemen mesin, Hal 136) C = fh . P / fn = 1,99. 3910,274 / 0,25 = 30044,19 N
•
Tipe Bantalan rol kerucut dengan nomor bantalan 32304 : (Ir Sularso. Dasar perencanaan dan pemilihan Elemen mesin, Hal 144) d = 20 mm, C = 3200 Kg, D = 52 mm P =8,2 mm, b = 18 mm, r =2 mm T = 22,25 mm, r1 = 0,8 mm , B = 21 m
Universitas Mercu Buana
48
