BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR 3.1
Diagram Alur Proses Perencanaan Proses perencanaan mesin modifikasi camshaft ditunjukkan pada diagram
alur pada Gambar 3.1:
Mulai
Pengamatan dan pengumpulan data
Perencanaan mekanikal
Sketsa prototype
Pemilihan material & komponen
Perhitungan
Tidak
Gambar 3D & simulasi
Kuat? FOS > 2
Ya Proses produksi & perakitan gagal Pengujian sukses Pembuatan laporan
Selesai Gambar 3.1 Diagram Alur Perencanaan
27
Perbaikan
28
3.2
Prinsip Kerja 9
1
10
1
2
1
11
1
1
3 1
1
12
4
1
1
13
5
1 1
6
14
7 1
15
1
1
16
8
1 1
Gambar 3.2 Mesin Copy Camshaft Mesin copy camshaft adalah mesin dengan gerak utama berputar. Gaya putar ini disebabkan karena putaran dari motor listrik. Motor listrik dipasang pada kerangka dan dipasang puli kecil, kemudian dipasangkan dengan sabuk yang berhubungan dengan puli besar pada poros roda gerinda. Roda gerinda melakukan pemakanan pada camshaft yang berputar melalui putaran motor weapher. Motor weapher dipasangkan pada three handle alumunium dan dipasang puli kecil, kemudian dipasangkan sabuk yang berhubungan dengan chuck. Chuck terhubung dengan chuck yang lain melalui poros sehingga kedua chuck bisa berputar bersamaan mengikuti putaran motor weapher. Putaran motor weapher bekerja searah jarum jam sehingga kedua camshaft bisa berputar mengenai roda copy dan roda gerinda untuk melakukan pemakanan benda kerja. Komponen-komponen mesin copy camshaft terlihat seperti Gambar 3.2. Keterangan mesin copy camshaft : 1. Rangka (frame)
9. Cross vice
2. Motor listrik
10. Roda copy
3. V-belt
11. Dudukan roda copy
4. Pulley
12. Three handle alumunium
5. Sabuk chuck
13. Chuck
6. Houshing center camshaft
14. Motor weapher
7. Dudukan roda gerinda
15. Shaft
8. Roda gerinda
16. Bosch
29
Penempatan benda kerja dilakukan dengan cara mencekam benda kerja pada chuck spindle. Posisi benda kerja yang satu mengikuti posisi benda kerja yang lain. Untuk posisi benda kerja agar membantu presisi dilakukan center camshaft. Berikut ini bagian-bagian utama dari mesin copy camshaft yaitu motor listrik, motor weapher, roda gerinda, roda copy, pulley, poros transmisi, belt, shaft hollow, center camshaft, chuck, dudukan shaft, dudukan roda gerinda, dudukan roda copy, dudukan cross vice, rangka, three handle shaft. 3.3
Daya yang Dibutuhkan dalam Perencanaan Daya yang dibutuhkan untuk memutarkan roda gerinda dapat dihitung
dengan menentukan torsi yang bekerja pada putaran roda gerinda dengan asumsi mampu menahan beban yang ada pada three handle camshaft. Data yang diambil dari spesifikasi roda gerinda yaitu massa roda gerinda (m) = 0,8 kg, jari- jari roda gerinda (r) = 0,075 m dan putaran yang dialami roda gerinda (n) = 1237 rpm. Diasumsikan roda gerinda menempuh putaran 1237 rpm dalam rad/s dengan waktu 1 detik (waktu kritis yang diambil dalam menentukan percepatan sudut roda gerinda) dan inersia roda gerinda (I = 1/2 m.r²). Dilihat dari spesifikasi yang ada dilakukan analisa perhitungan sebagai berikut:
(
)
(
)
Sehingga daya yang dibutuhkan untuk memutarkan roda gerinda secara matematis dapat dihitung sebagai berikut:
Berdasarkan
hasil
perhitungan,
daya
yang
dibutuhkan
untuk
menggerakkan roda gerinda adalah 37,6 watt. Maka daya motor listrik yang digunakan adalah 1/4 Hp (186,5 watt).
30
3.4
Perencanaan Puli dan Sabuk Berdasarkan tabel lampiran tentang sabuk, untuk daya sebesar 1/4 HP
menggunakan sabuk-V tipe A yang terbuat dari bahan rubber. Diketahui untuk sabuk-V tipe A dari bahan rubber, daya yang mampu ditransmisikan sebesar 0,73,5 kw dan puli yang digunakan dari bahan alumunium dengan asumsi koefisien gesek (µ) = 0,34 terhadap sabuk rubber. Massa jenis sabuk ρ = 1,14 gr/cm³, tegangan ijin sabuk (
) 2 N/mm² dan sudut kontak puli yang dipakai 2ß = 38°.
Diketahui spesifikasi transmisi pada motor dan putaran roda gerinda sebagai berikut: 1. Putaran motor (
) = 1450 rpm
2. Putaran roda gerinda yang diharapkan ( 3. Diameter puli penggerak (
) = 1237 rpm
) = 64 mm
4. Panjang sumbu motor (x) = 220 mm Dari spesifikasi yang ada bisa dihasilkan analisa perhitungan sebagai berikut: 1.
Diameter puli yang digerakkan Diameter puli yang digerakan di rencanakan bisa menghasilkan putaran
pada roda gerinda (
) = 1237 rpm untuk melakukan penggerindaan pada
camshaft. Secara matematis dapat dihitung dengan persamaan 2.10:
2.
Panjang sabuk yang digunakan Panjang sabuk yang akan digunakan menyesuaikan jarak antara poros motor
dan poros roda gerinda (x) = 220 mm. Melalui persamaan 2.12 sebagai berikut:
31
= 26 inch (25,4 mm = 1 inchi) Jadi, sabuk yang dipakai adalah sabuk jenis “V” tipe “A - 26” dengan inside length = 660 mm dan pitch length = 696. 3.
Sudut kontak ( ) yang terjadi pada puli motor dan puli roda gerinda Sudut kontak puli secara matematis dihitung menggunakan persamaan 2.13
dan persamaan 2.14.
Dari perhitungan dapat digambarkan skematik perencanaan puli dan sabuk seperti Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Skematik Puli dan Sabuk. 4.
Perbandingan tegangan sisi kencang (T1) dan sisi kendor sabuk (T2) Perbandingan tegangan sisi kencang dan sisi kendor sabuk secara matematis
dapat dihitung dengan persamaan 2.15.
32
5. Luas penampang sabuk
Gambar 3.4 Luas Penampang Sabuk Berdasarkan tabel yang tersedia luas penampang sabuk diketahui sudut alur (2ß) = 38° atau (ß) = 19° dengan lebar sabuk (b) = 13 mm dan tinggi sabuk (t) = 8 mm. Untuk mencari luasannya dapat diperoleh dengan menggunakan rumus trapesium sebagai berikut: x = t. tan 19° = 8. 0,344 = 2,75 mm a = b – 2x = 13 mm – 2. 2,75 mm = 7,5 mm A = 1/2 (a + b) t = 1/2 (7,5 mm + 13 mm).8 mm = 82 mm²
33
6.
Massa per meter panjang sabuk Diketahui dari tabel yang tersedia asumsi massa jenis sabuk bahan rubber
(ρ) = 1140 kg/m³. Secara matematis bisa diperoleh menggunakan rumus: m/L = ρ. A = 1140 kg/m³.(82.
)m²
= 0,093 kg/m 7.
Kecepatan linear sabuk Kecepatan linear sabuk dapat diperoleh dengan persamaan 2.11 sehingga
putaran pada motor dan gerinda bisa dijadikan sebagai acuan dalam menentukan kecepatan linear sabuk. Berikut ini perhitungan dilihat dari putaran poros motor:
8.
Gaya tarik sentrifugal Gaya tarik sentrifugal
jika tidak diabaikan dapat mempengaruhi
kekencangan pada sabuk. Secara matematis dapat dihitung dengan rumus: Tc = m. v² = 0,093 kg/m . = 2,187 N 9.
Gaya tarik maksimum Diketahui tegangan tarik ijin sabuk (
) = 2 N/mm² sehingga secara
matematis dapat dihitung dengan rumus: T =
.A
= 2 N/mm². 82 mm² = 164 N 10.
Gaya tarik sisi kencang (T1) dan sisi kendor (T2) sabuk Gaya tarik sisi kencang dan sisi kendor sabuk dapat diperoleh melalui
persamaan 2.15 yang telah dihitung sebelumnya, sehingga untuk mencari sisi kencang (T1) terhadap sisi kendor (T2) diperoleh rumus: T1 = T – TC = 164 N – 2,187 N = 161,81 N
34
11. Daya yang mampu ditransmisikan sabuk Sehingga dari semua perhitungan dapat diperoleh daya yang mampu ditransmisikan sabuk yaitu: P =(
–
)V.n
= (161,81 N – 6,4 N ) 4,85 m/s. 1 = 753,73 watt = 1,01 Hp 3.5
Perencanaan Poros Poros penerus daya pada mesin copy camshaft berfungsi untuk
meneruskan daya dari motor listrik ke roda gerinda. Poros menerima beban di kedua ujungnya yaitu beban puli alumunium (m) = 250 gram dan beban roda gerinda (m) = 0,8 kg. Beban yang dijadikan pertimbangan dalam perhitungan adalah beban tarik pegas yang menumbuk gerinda dan tegangan total sabuk pada puli (T.cos25°). Berikut ini jarak penumpu poros yang di rencanakan dapat dilihat seperti Gambar 3.6. (T1+T2).cos 25°
T1+T2
Gambar 3.5 Poros Diketahui gaya pada puli (F1): F1 = (T1+T2).cos 25° = (161.81 N + 6,4 N).cos25° = 152,45 N
35
Beban pada roda gerinda diakibatkan oleh gaya tarik pegas (F2) :
F2 = k. ∆x = 8 N/mm. 20 mm = 160 N` 3.5.1
Kesetimbangan Gaya Luar
Gambar 3.6 Reaksi Pembebanan Poros Dalam kesetimbangan gaya luar dibutuhkan skematik seperti Gambar 3.6 untuk melakukan perhitungan kesetimbangan gaya horizontal, kesetimbangan gaya vertikal, dan momem yang terjadi pada poros. -kesetimbangan gaya horizontal pada poros. Σ FX
=0
-kesetimbangan gaya vertikal pada poros. Σ FY
=0 = RAy + RBy
- F1 - F2 =0
= RAy + RBy
= F1 + F2 = 4,356 N/mm. 35 mm + 4,572 N/mm. 35 mm = 152,45 N + 160 N = 312,45 N
Σ Ma = 0 -(F1. 35/2) - (RBy. 100) + (F2. (100 + 35/2))
=0
-(152,45. 17,5) - (RBy. 100) + (160. 117,5) = 0 - 2667,875 - 100. RBy + 18800 -100. RBy RBy
=0 = -16132,125 N = 161,32 N
36
Jadi gaya reaksi pada titik B adalah 161,32 N, maka gaya reaksi pada titik A dapat di substitusikan sebagai berikut: RAy + RBy
= 312,45 N
RAy
= 312,45 N - RBy = 312,45 N – 161,32 N = 151,13 N
3.5.2
Kesetimbangan Gaya Dalam
Gambar 3.7 Potongan Gaya Dalam Dalam kesetimbangan gaya dalam dibutuhkan skematik potongan seperti Gambar 3.7 untuk melakukan perhitungan dilihat dari potongan x-x, potongan yy, potongan z-z dalam menentukan gaya normal (Nx), gaya geser (Vx) dan momen (Mx) yang terjadi pada poros. Potongan kiri (x-x) C – A
Gambar 3.8 Potongan x-x N1
=0
V1
= - 4,356 N/mm . x mm = - 4,356.x N
M1
= (- 4,356x. x/2) N.mm
37
Potongan kiri (y-y) A – B
Gambar 3.9 Potongan y-y N2
=0
V2
= - (4.356 N/mm. 35 mm) + (151,13 N) = - 152,45 N + 151,13 N = -1,32 N
M2
= - 152,45 N.(x-35/2) mm + 151,13 N.(x-35) mm
Potongan kiri (z-z)
B-D
Gambar 3.10 Potongaan z-z N3
=0
V3
= -(4,356 N/mm.35 mm) + 151,13 N + 161,32 N – 4,572 N/mm(x135)mm = - 152,45 N + 151,13 N + 161,32 N – 4,572 N/mm (x-135)mm = 160 N – 4,572 N/mm (x-135)mm
M3
= - 152,45 N(x- 35/2) mm + 151,13 N(x-35) mm + 161,32 N(x-135) mm – 4,572
N/mm (x-135)mm.(x/2-135/2)mm
38
Tabel 3.1 Hasil Reaksi Pada Potongan Kesetimbangan Gaya Dalam. Potongan Jarak (mm)
Titik
0 35 35 135 135 170
X-X Y-Y Z-Z
C A A B B D
Normal (N) 0 0 0 0 0 0
Gaya dalam Geser (N) Momen lentur (N.mm) 0 0 152,45 -2667,875 -1,32 -2667,875 -1,32 -2799,875 160 -2799,875 0 0
Dari tabel 3.1 dapat digambarkan diagram gaya normal (Normal Force Diagram (NFD)), diagram gaya geser (Shear Force Diagram (SFD)), diagram momen bending (Bending Moment Diagram (BMD)) seperti Gambar 3.11. NFD
C
A
SFD
B
D
160 N 152,45 N
C
A
B
1,32N
A
1,32 N
BMD C
A
B
A
2667,875 N.mm 2799,875 N.mm Gambar 3.11 Gaya normal, gaya geser dan momen lentur.
39
3.5.3
Analisa Kekuatan Poros Pembahasan yang telah dilakukan sebelumnya adalah poros dengan beban
torsi dan momen lentur menggunakan ST 37 dengan SF = 8 memiliki tegangan tarik ijin 29,375 N/mm² dan tegangan geser ijin 14,68 N/mm². Sehingga torsi ekuivalen dan momen ekuivalen dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: 1.
Torsi yang bekerja pada poros
2.
Momen yang terjadi pada poros Dari perhitungan kesetimbangan gaya dalam dihasilkan momen lentur
terbesar yaitu M = 2799,875 N.mm 3.
Torsi ekuivalen (√
)
(√
)
(√
) N.mm
4.
Momen Ekuivalen ⁄ ( ⁄ (
√
) √
⁄
5.
Diameter poros terhadap torsi ekuivalen √
√
)
40
6.
Diameter poros terhadap momen ekuivalen √
√
Jadi diameter minimal yang harus dipilih adalah 10,2 mm, namun dalam kenyataanya poros yang digunakan adalah 15 mm yang dipertimbangkan berdasarkan roda gerinda yang ada dipasaran. 3.6
Kekuatan Rangka Berikut rangka dari mesin copy camshaft :
Gambar 3.12 Rangka Mesin Copy Camshaft.
Gambar 3.13 Kesetimbangan Gaya Keterangan : Beban yang menumpu rangka bagian depan adalah beban yang paling besar yaitu 19 kg yang diteruskan ke dua dudukan camshaft dengan beban sama rata, sehingga:
41
3.6.1
Kesetimbangan Gaya Luar
-kesetimbangan gaya horizontal pada rangka. Σ Fx
=0
-kesetimbangan gaya vertikal pada rangka. Σ Fy
=0 = RAy + Rby
- W1 - W2 =0
= RAy + Rby
= W1 + W2 = 19 kg + 19 kg = 38 kg
Σ Ma = 0 W1. r1 + W2. r2 – RBy. r2
=0
19.204 + 19.468 – RBy.468 = 0 3876 + 8892 – RBy.468 468. RBy RBy
=0 = 12768 = 27,28 kg
Jadi gaya reaksi pada titik B adalah 27,28 kg, maka gaya reaksi pada titik A dapat di substitusikan sebagai berikut: RAy + RBy
= 38 kg
RAy
= 38 kg – RBy = 38 kg – 27,28 kg = 10,72 kg
3.6.2
Kesetimbangan Gaya Dalam Dalam kesetimbangan gaya dalam perhitungan dilihat dari potongan x-x,
potongan y-y dalam menentukan gaya normal (Nx), gaya geser (Vx) dan momen (Mx) yang terjadi pada rangka. Potongan kiri (x-x) A – C
Gambar 3.14 Potongan x-x
42
N1
=0
V1
= 10,72 kg
M1
= 10,72. x kg.mm
Potongan kiri (y-y) C – B
Gambar 3.15 Potongan y-y N2
=0
V2
= RAy – W1 = 10,72 kg – 19 kg = -8,28 kg
M2
= 10,72. x – 19(x - 204) kg.mm
Tabel 3.2 Hasil Reaksi Pada Potongan Kesetimbangan Gaya Dalam. Potongan Jarak (mm) 0 204 204 468
X-X Y-Y
Titik A C C B
Gaya dalam Normal (kg) Geser (kg) Momen lentur (kg.mm) 0 10,72 0 0 10,72 2186,88 0 -8,28 2186,88 0 -8,28 0
Dari tabel 3.2 dapat digambarkan diagram gaya normal (Normal Force Diagram (NFD)), diagram gaya geser (Shear Force Diagram (SFD)), diagram momen bending (Bending Moment Diagram (BMD)) seperti Gambar 3.16, Gambar 3.17, Gambar 3.18. NFD
A
C
Gambar 3.16 Normal Force Diagram
B
43
SFD
10,72 kg
10,72 kg
A
C
8,24 kg
B
8,24 kg
Gambar 3.17 Shear Force Diagram BMD
2186,88 kg.mm
A
C
B
Gambar 3.18 Bending Moment Diagram 3.6.3
Analisa Tegangan
1. Tegangan tarik yang terjadi pada profil L 40 mm x 40 mm x 3 mm (ditinjau dari tegangan bending maksimum adalah 2186,88 kgmm)
Gambar 3.19 Profil L 40 x 40 x 3 2. Perhitungan momen inersia pada profil L 40 mm x 40 mm x 3 mm (ditinjau dari perhitungan tabel Ixx = 40063,93 mm4 dan y = 28,89 mm) Tabel 3.3 Momen inersia untuk penampang rectangle (Khurmi 2005)
44
Gambar 3.20 Skematik Inersia 1. Luas Bidang A1 = 40.3 = 120 mm2 A2 = 37.3 = 111 mm2 2. Titik Berat Bidang x1 = 1,5 mm
y1 = 20 mm
x2 = 21,5 mm
y2 = 1,5 mm
3. CG (center of gravity) X=
=
Y=
=
= =
= 11,11 mm = 11,11 mm
4. Ketinggian CG ke Titik Bidang Diagonal hx1 = X – x1 = 11,11 – 1,5
= 9,61 mm
hx2 = x2 – X = 21,5 – 11,11 = 10,39 mm 5. Inersia terhadap sumbu y (Ixx) a. Inersia bidang 1 I1(xx) = 1/12 b.h3 + A1.hx12 = 1/12.3.(40)3 + 120.(9,61)2
= 27082,25 mm4
b. Inersia bidang 2 I2(xx) = 1/12 b.h3 + A2.hx22 = 1/12.37.(3)3 + 111.(10,39)2 c. Inersia total I(xx) = I1(xx) + I2(xx)
= 27082,25 mm4 + 12981,68 mm4 = 40063,93 mm4
= 12981,68 mm4
45
3. Perhitungan tegangan lentur pada balok dan di asumsikan material
menggunakan baja St-37 dengan tegangan ijin bahan sebagai berikut: a. Tegangan ijin bahan
b. Tegangan lentur pada profil L
Karena tegangan lentur sebesar 15,7 N/mm², hasil perhitungan tersebut jauh lebih kecil dari tegangan tarik ijin material yaitu 19,6 N/mm2 maka kekuatan rangka yang digunakan AMAN 3.7
Perencanaan Mur dan Baut Dalam perencanaan mesin copy camshaft terdapat mur dan baut digunakan
untuk merangkai beberapa elemen mesin. Perhitungan yang dilakukan hanya ditinjau pada kondisi yang mengalami beban dinamik akibat putaran diantaranya: 1. Baut pada dudukan rangka motor, untuk mengunci posisi motor. 2. Baut pada dudukan roda gerinda, untuk mengunci posisi roda gerinda.
Gambar 3.21 Dudukan Sistem Transmisi. 3.7.1
Baut pada Motor Terhadap Dudukan Motor Perencanaan baut pada dudukan rangka motor digunakan untuk mengatur
posisi kekencangan sabuk saat pemasangan dan juga seiring waktu kondisi sabuk
46
berkurang kinerjanya sehingga kekencangan sabuk dapat diatur kembali. Baut yang digunakan menyesuaikan desain dudukan motor yaitu M8 sebanyak 4 buah, terbuat dari baja ST 37 dengan faktor keamanan (SF) = 8 yang diambil berdasarkan tabel. Dari tabel yang tersedia tentang ukuran baut diketahui mengenai spesifikasi baut M8 antara lain sebagai berikut: Diameter mayor (d)
= 8 mm
Diameter minor (dc) = 6,466 mm Tegangan yield (σ)
= 235 N/mm²
Tegangan geser (τ)
= 117,5 N/mm² W1 = (T1+T2)sinα W2 = T1+T2 25°
W = (T1+T2)cosα
L
L2
L1
Gambar 3.22 Baut Atas Dudukan Motor Listrik
Gambar 3.23 Alas Dudukan Motor Listrik W1 = (T1+T2)sinα = 168,21 . sin 25 = 71 N W2 = T1 + T2 = 161,81 N + 6,4 N = 168,21 N W = (T1+T2)cosα = 168,21 . cos 25 = 152,45 N
47
L1 = 1,5 cm = 15 mm L2 = 12 cm = 120 mm L
= 10 cm = 100 mm
1.
Tegangan tarik ijin (σ ijin)
2.
Tegangan geser ijin (τ ijin)
3.
Beban geser langsung yang diterima baut (Ws)
4.
Beban tarik akibat gaya tarik sisi kencang dan sisi kendor sabuk, beban
maksimal yang terjadi pada baut 3 dan baut 4
5.
Diasumsikan beban tarik dan geser ekuivalen yang diterima baut
a) Beban tarik ekuivalen ( *
)
√
+
[
√
[
√
] ]
[
]
b) Beban geser ekuivalen *√
+
[√ [√
] ]
48
[
6.
]
Tegangan tarik (σ baut) dan geser (τ baut) yang terjadi pada baut
a) σ baut
Tegangan tarik pada baut (σ baut) < tegangan tarik ijin σt, maka baut AMAN. b) τ baut
Tegangan geser pada baut (τ sbaut) < tegangan geser ijin τ, maka baut AMAN. 3.7.2
Baut pada Dudukan Motor Terhadap Plat Perencanaan baut pada dudukan rangka motor terhadap plat digunakan
untuk menyambung dudukan motor ke meja rangka dengan tinjauan beban geser dan beban tarik. Baut yang digunakan menyesuaikan desain dudukan motor yaitu M8 sebanyak 4 buah, terbuat dari baja ST 37 dengan faktor keamanan (SF) = 8 yang diambil berdasarkan tabel. Dari tabel yang tersedia tentang ukuran baut diketahui mengenai spesifikasi baut M8 antara lain sebagai berikut: Diameter mayor (d)
= 8 mm
Diameter minor (dc) = 6,466 mm Tegangan yield (σ)
= 235 N/mm²
Tegangan geser (τ)
= 117,5 N/mm²
W1 = (T1+T2)sinα = 168,21 . sin 25 = 71 N W2 = T1 + T2 = 161,81 N + 6,4 N = 168,21 N
49
W = (T1+T2)cosα = 168,21 . cos 25 = 152,45 N L1 = 2,5 cm = 25 mm L2 = 12,5 cm = 125 mm L
= 12 cm = 120 mm W1 = (T1+T2)sinα
W2 = T1+T2 25° W = (T1+T2)cosα L
L1
L2
Gambar 3.24 Baut Dudukan Motor Listrik Bawah
Gambar 3.25 Panjang Baut Dudukan Motor 1.
Tegangan tarik ijin (σ ijin)
2.
Tegangan geser ijin (τ ijin)
50
3.
Beban geser langsung yang diterima baut (Ws)
4.
Beban tarik akibat gaya tarik sisi kencang dan sisi kendor sabuk, beban
maksimal yang terjadi pada baut 3 dan baut 4
5.
Diasumsikan beban tarik dan geser ekuivalen yang diterima baut
a) Beban tarik ekuivalen ( *
)
√
+
[
√
*
√
] +
[
]
b) Beban geser ekuivalen *√
+
[√
]
*√ [
6.
+ ]
Tegangan tarik (σ baut) dan geser (τ baut) yang terjadi pada baut
a) σ baut
51
Tegangan tarik pada baut (σ baut) < tegangan tarik ijin σt, maka baut AMAN. b) τ baut
Tegangan geser pada baut (τ baut) < tegangan geser ijin τ, maka baut AMAN. 3.7.3
Baut pada Dudukan Roda Gerinda Perencanaan pada dudukan roda gerinda dipilih menggunakan sambungan
baut karena merupakan sambungan semi permanen sehingga dapat dibongkar dan dipasang kembali . Baut yang digunakan sebanyak 4 buah, terbuat dari baja ST 37 dengan faktor keamanan (SF) = 8 yang diambil berdasarkan tabel.
W = (T1+T2)cosα
25°
W1 = T1+T2 L
Gambar 3.26 Dudukan Roda Gerinda
52
Pembebanan yang terjadi pada perancangan baut roda gerinda antara lain sebagai berikut: W1
= T1 + T2 = 161,81 N + 6,46 N = 168,21 N
W2
= beban tarik pegas = 16 kg = 16 kg . 10 m/s² = 160 N
W = (T1+T2)cosα = 168,21 N . cos 25° = 152,45 N W total = W + W2 = 152,45 N + 160 N = 312,45 N L
= 21 cm = 210 mm
L1 = 3,5 cm = 35 mm L2 = 5 cm = 50 mm 1.
Tegangan tarik ijin (σ ijin)
2.
Tegangan geser ijin (τ ijin)
3.
Beban geser langsung yang diterima oleh baut (Ws)
4.
Beban tarik akibat gaya putar gerinda, beban maksimal terjadi pada baut 1
dan baut 2.
5.
Diasumsikan beban tarik dan geser ekuivalen yang diterima baut
a) Beban tarik ekuivalen ( * [
√ √
) + ]
53
[
]
√
[
]
b) Beban geser ekuivalen *√
+
[√
]
[√ [
6.
] ]
Diameter baut yang mampu menahan beban tarik (σ baut) dan geser (τ baut)
a) Diameter minor (dc) √
√
b) Diameter mayor (d) √
√
Berdasarkan tegangan tarik ijin didapatkan diameter minor baut minimum adalah dc = 4,43 mm dengan SF = 8 dan tegangan geser ijin didapatkan diameter mayor adalah d = 4,5 mm dengan SF = 8, sehingga dapat diketahui diameter mayor dan diameter minor, namun pada kenyatannya baut yang dipilih adalah M6x1,25 dengan pertimbangan baut pada dudukan roda gerinda yang dibuat dengan posisi baut masuk kedalam rongga untuk mempermudah proses produksi, sehingga pemilihan baut masih AMAN.
54
3.8
Simulasi Analisis Rangka Simulasi analisis rangka berfungsi untuk mengetahui kualitas rangka yang
akan dibuat. Dengan asumsi beban yang digunakan serta tumpuan yang digunakan seperti pada Gambar 3.27. Model Reference
Properties Name : Model type : Default failure criterion : Yield strength : Tensile strength: Elastic modulus: Poisson's ratio: Mass density : Shear modulus: Thermal expansion coefficient:
Name
Component
1.0038 S235JR (RST37-2) Linear Elastic Isotropic Max von Mises Stress 2.35e+008 N/m2 3.7e+008 N/m2 2.1e+011 N/m2 0.28 7800 kg/m3 7.9e+010 N/m2 1.1e-005 /Kelvin
Contact Image
Load
F3 =100 N F1=190 N
Frame F5 = 120 N F4 = 100 N
Rangka mesin copy camshaft
F1 : F2 : F3 : F4 :
Three handle Three handle Cross vice komponen roda gerinda F5 : Komponen motor
F2=190 N
Gambar 3.27 Properties material. 3.8.1
Tegangan (stress) Tegangan (stress) adalah kumpulan gaya (force) pada suatu permukaan
benda. Semakin sempit luasan permukaan namun gaya tetap, maka tegangan semakin besar. Tegangan terbesar ditunjukkan pada gradasi warna paling merah, dan yang terkecil adalah warna paling biru. Sedangkan area dengan tegangan sedang adalah area dengan warna kuning -hijau- biru muda seperti ditunjukkan
55
pada Gambar 3.28. Metode tegangan yang digunakan pada solidwork adalah von mises stress. Metode von mises stress memiliki keakuratan lebih besar dibandingkan metode lain, karena melibatkan tegangan tiga dimensi. Von mises itu sendiri merupakan kegagalan untuk jenis material. Untuk menentukan konstruksi dari material tersebut dinyatakan aman dapat menggunakan hasil analisis ini, jika nilai von mises stress lebih kecil dari yield strength material yang digunakan maka kekuatan struktur tersebut aman.
Name Stress
Type VON: von Mises Stress
Min 12248.6 N/m^2 Node: 34035
Max 1.97377e+007 N/m^2 Node: 5764
Gambar 3.28 Hasil Simulasi Tegangan Pada Rangka.
56
3.8.2
Perubahan Bentuk (Displacement) Perubahan bentuk (displacement) adalah perubahan bentuk (melengkung)
pada benda yang dikenai gaya. Bagian yang paling melengkung dari rangka mesin copy camshaft ini adalah daerah berwarna paling merah dan bagian yang paling lurus adalah bagian yang paling berwarna biru seperti ditunjukkan pada Gambar 3.29. Name
Type
Min
Max
Displacement
URES: Resultant Displacement
0 mm Node: 30529
0.0349554 mm Node: 4871
Gambar 3.29 Hasil Simulasi Displacement Pada Rangka
57
3.8.3
Faktor Keamanan (Factor of safety) Faktor keamanan adalah angka keamanan yang digunakan untuk
menentukan kualitas produk. Jika angka keamanan minimal suatu produk kurang dari 2 maka produk tersebut memiliki kualitas jelek dan cenderung membahayakan ketika digunakan, sebaliknya jika angka keamanan minimal suatu produk lebih dari 2 (biasanya bernilai 8 untuk beban dinamik dengan material baja) maka kualitas produk tersebut baik dan aman apabila digunakan. Sehingga pada simulasi rangka mesin copy camshaft (Gambar 3.30) dinyatakan baik dan aman yaitu memiliki angka keamanan yang sama dengan analisis perhitungan. Name Factor of Safety
Type Max von Mises Stress
Min 11.9061 Node: 5764
Max 19185.9 Node: 34035
Gambar 3.30 Hasil Simulasi Factor of Safety Pada Rangka. Namun ada batasan dalam penggunaan angka keamanan, jika angka keamanan suatu material mencapai 3 digit atau lebih, maka produk tersebut aman, berkualitas baik namun harganya cenderung mahal dan tergolong boros. Sehingga dalam pengambilan angka keamanan juga dipertimbangkan biaya produksi.