BAB III PROSES PERANCANGAN DAN GAMBAR
3.1Skema dan Prinsip kerja Prinsip kerja mesin penggiling serbuk jamu ini adalah sumber tenaga motor listrik di transmisikan ke diskmill menggunakan dan pulley dan v-belt. Sehingga pisau diskmill bergerak untuk menghancurkan serbuk jamu yang secara otomatis turun langsung ke bak penampung. Sketsa mesin Penggiling serbuk jamu dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Sketsa Mesin Pengiling serbuk jamu Keterangan: 1. Bak penampung serbuk jamu
6. Puli diskmil
2. Pintu
7. V-belt
3. Penutup rangka (Plat)
8. Puli motor listrik
4. Rangka
9. Motor listrik
5. Penggiling (crusher)
10. Penutup motor listrik (plat)
14
15
3.2 Diagram Alir Proses Perencanaan Proses perencanaan mesin penggiling serbuk jamu diilustrasikan pada gambar 3.2 dibawah ini.
Mulai
Pengamatan dan Pengumpulan data
Membuat gambar sketsa rangka
Perhitungan kekuatan baut, rangka, dan las
Proses pembuatan
Proses perakitan
Selesai
Gambar 3.2. Diagram Alir Perencanaan
3.3 Kajian Singkat Produk Mesin pembuat serbuk jamu ini dirancang untuk membuat serbuk jamu dari tanaman toga yang sudah dikeringkan dan digiling menggunakan pisau tipe diskmill. Mesin pembuat serbuk jamu ini diharapkan dapat membantu dalam proses produksi pembuatan serbuk jamu agar lebih efisien.
16
3.4 Perhitungan baut pada dudukan motor listrik Baut yang digunakan adalah M10 sebanyak 4 buah, terbuat dari baja ST 37 yang menopang beban (P) sebesar 200 N. Dari lampiran diketahui mengenai baut M10 antara lain sebagai berikut:
L1
3.3 Rangka 1.
Diameter mayor (d)
= 10 mm
2.
Diameter minor (dc)
= 9,02 mm
3.
L1
= 16 mm
4.
L2
= 32 mm
5.
Daya (P1)
= 1 Hp = 746 watt
6.
Tegangan tarik (σ)
= 370 N/mm2
7.
Tegangan tarik bending (σb)
= 0,36 x 370 N/mm2 = 133,2 N/mm2
8.
Tegangan geser (τ)
= 0,18 x σ = 0,18 x 370 N/mm2 = 66,6 N/mm2
9.
Factor keamanan (sf)
=3
L2
17
10. Mencari T1 dan T2 pada V-belt -
Perbandingan tegangan antara sisi kencang dan sisi kendor sabuk
.
=
, . ,
= 2,718 = 2,53 =
. 2,53
- Kecepatan sabuk =
=
,
.
.
.
.
= 6520,73 mm/s = 6,5 m/s -
Mecari tegangan sisi kencang dan sisi kendor P1
=(
– . 2,53
746 = (
).V –
746 = (1,53.
) 6,5
= 74,97 N =
.
1,53
= 74,97. 1,53 = 114,70 N
) 6,5
18
11. Perhitungan gaya vertikal Tv = (T − T ) sin 63° Tv = 39,73 . 0,89
Tv = 35,36 N (Rido,2015) 12. W
= P – Tv = 200 N – 35,36 N = 164,64 N
Kekuatan baut berdasarkan perhitungan tegangan tarik a.
Tegangan tarik ijin (σijin)
σt =
b.
=
.
=
N/mm2
= 22,2 N/mm2
Beban geser langsung yang diterima baut
Ws = d.
N/mm2 = 44,4 N/mm2
Tegangan geser ijin (τijin)
τt
c.
,
=
,
=
N
= 41,16 N
Beban tarik yang terjadi akibat gaya tarik sabuk, beban tarik maksimal.
Wt =
(
)
=
,
(
)
=
,
= 32,92 N
19
e.
Diasumsikan beban tarik dan geser yang diterima baut ekivalen -
Beban tarik ekivalen Wte + 4
Wte = [ Wt +
]
= [ 32,92 + 32,92 + 4 = 60,785 N -
Beban geser ekivalen Wse = [
+ 4
= [ 32,92 + 4
]
= 44,325 N
f.
41,16 ]
41,16 ]
Tegangan tarik (σ baut) dan tegangan geser (τ baut) yang terjadi -
Tegangan tarik σbaut
=
π
=
= 0,95 N/mm2
,
60,785
,
Tegangan tarik pada baut σbaut < Tegangan tarik ijin (σijin) maka baut aman. -
Tegangan geser τbaut =
π
= 0,56 N/mm2
=
,
44,325
Tegangan geser pada baut τbaut < Tegangan geser ijin (τijin) maka baut aman.
20
3.5 Rangka
Gambar 3.4. Rangka batang A-B/E-F Perencanaan rangka ada dua beban yang akan ditahan pada batang besi profil L. Batang A-B sebagai penahan beban motor listrik. Sedangkan batang E-F sebagai penahan beban diskmill. Pada kedua batang ini memiliki beban yang paling besar.
21
1. Menghitung gaya pada batang A-B
A
C
D
B
Gambar 3.5 Rangka batang A-B
Perhitungan gaya yang bekerja:
Massa motor listrik W
= P – Tv = 200 N – 35,36 N = 164,64 N
Gambar 3.6. Gaya yang bekerja pada batang A-B
22
Keseimbangan Gaya Luar ∑
=0 ( 82,32 . 20 ) + ( 82,32 . 140 ) – ( RBY . 520 ) = 0 1646,4 N.mm + 11524,8 N.mm – 520 N.mm . RBy = 0 RBy =
∑
,
= 25,32 N
=0 RAy + RBy – 164,64 = 0 RAy + 25,32 – 164,64 = 0 RAy = 164,64 – 25,32 RAy = 139,32 N
Setelah didapatkan RAy dan RBy maka dicari reaksi gaya dalam potongan x-x kanan. a. Keseimbangan gaya dalam
Gambar 3.7. Titik potongan gaya A-B
Potongan X-X
Gambar 3.8. Reaksi gaya dalam potongan x-x kanan
23
Nx = 0 Vx1 = 25,32 Mx = 25,32 . X
Potongan Y – Y
Gambar 3.9. Reaksi gaya dalam potongan y-y kanan
Nx = 0 Vx2 = 25,32 – 82,32 = -57 N Mx = F . 380 – Vx . X = 82,32 . 380 – 57 . X
Potongan Z – Z
Gambar 3.10. Reaksi gaya dalam potongan z-z kanan
24
Nx = 0 Vx3 = - 82,32 - 82,32 + 25,32 = - 139,32 N Mx = 82,32 . 380 + 82,32 . 500 – 139,32 . X Tabel 3.1. Tabel gaya dan momen pada potongan keseluruhan Potongan
Posisi
Titik
Gaya
Gaya Geser
Normal X–X
X=0
Momen lentur
B
NB= 0 kg
Vx1=25,32 N
MB=0 N.mm
X= 380 C
NC= 0 kg
Vx1=25,32 N
MC=9621,6 N.mm
Y–Y
X= 380 C
NC= 0 kg
Vx2=25,32 N
MC=9621,6 N.mm
X= 500 D
ND= 0 kg
Vx2= – 57 N
MD=2781,6 N.mm
Z–Z
X= 500 D
ND= 0 kg
Vx3= – 57 N
MD=2781,6 N.mm
X= 520 A
NA= 0 kg
Vx3=–139,32 N MA=0 N.mm
25
Diagram Gaya :
26
Tegangan pada Rangka A-B -
Rangka yang digunakan adalah profil L ST 37 a. Dimensi Rangka : 40mm x 40mm x 3mm b. Momen Inersia (I): I= t
(b + l)
I= 3
(37 + 40)
(
)
(37) (40)
(40+37) (
I= 3 I= 3
(b) (l)
924
924
)(
)
I= 3 x 23821,04 I= 71463,12 mm
c. Jarak titik berat Y = 2 (b + l) =
(
)
=
= 8,88 mm
d. Beban Maksimum (Mmax)= 9621,6 N.mm e. Faktor keamanan (Sf) = 3 f. Tegangan yield pada st37 (σy) = 240 N/mm2 (karena Sf = 3) = 80 N/mm2
Maka Tegangan tarik ijin (σijin) = g. Tegangan tarik rangka (σ)= =
.
9621,6 N.mm .
,
,
= 1,19 N/mm2 Jadi karena σijin > σ maka pemilihan rangka dengan beban besi Profil St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 3mm aman untuk menahan beban.
27
2. Menghitung gaya pada batang E-F F
H
E
G
Gambar 3.11. Rangka batang E-F Gaya yang bekerja
Kecepatan V-belt =
=
,
.
60 .
.
.
= 6520,73 mm/s = 6,5 m/s
Luas penampang sabuk
Tan 19 =
x = 8 x 0,34 = 2,75 mm c =b–2.x = 13 – 2 . 2,75mm = 7,5 mm + 8 2 13 + 7,5 = 8 2 = 82 mm2 =
28
Massa permeter panjang sabuk m = Area x Panjang x Densitas = 0,82 cm2 x 149,42 cm x 1,14 gr/cm3 = 139,67 gr = 0,13967 kg
Gaya tarik sentrifugal (Tc) Tc = m x (V)2 = 0,13967 x (6,5 m/s)2 = 5,9 N (Rido,2015)
Massa Diskmill (F) = 10 kg = 10 kg . 10 m/s2 = 100 N
Berat total = F + Tc = 105,9 N
Berat total 105,9 N x
½
(dikarenakan beban maksimal dibagi 2 batang rangka
bagian atas). Perhitungan diambil pada salah satu batang yaitu batang E-F. Sehingga gaya yang bekerja pada batang E-F (Gambar 3.9) adalah 52,95 N.
Gambar 3.12. Gaya yang bekerja pada batang E-F
29
Keseimbangan Gaya Luar ∑
=0 ( 52,95 . 20 ) + (52,95 . 200 ) – ( RFY . 470 ) = 0 1059 N.mm + 10590 N.mm – 470 N.mm . RFy = 0 RFy =
∑
= 24,78 N
=0 REy + RFy – 105,9 = 0 REy + 24,78 – 105,9 = 0 REy = 105,9 – 24,78 REy = 81,12 N
Setelah didapatkan REy dan RFy maka dicari reaksi gaya dalam potongan x-x kanan.
b. Keseimbangan gaya dalam
Gambar 3.13. Titik potongan gaya E-F
30
Potongan X-X
Gambar 3.14. Reaksi gaya dalam potongan x-x kanan Nx = 0 Vx1 = 24,78 N Mx = 24,78 N . X
Potongan Y – Y
Gambar 3.15. Reaksi gaya dalam potongan y-y kanan Nx = 0 Vx2 = 24,78- 52,95 = -28,17 N Mx = F . 270 – Vx . X = 52,95 . 270 – 28,17 . X
31
Potongan Z – Z
Gambar 3.16. Reaksi gaya dalam potongan z-z kanan Nx = 0 Vx3 = 24,78 – 52,95 - 52,95 = – 81,12 N Mx = 52,95 . 270 + 52,95 . 390 – 81,12. X Tabel 3.2. Tabel gaya dan momen pada potongan keseluruhan Potongan
Posisi
Titik
Gaya
Gaya Geser
Normal X–X
X=0
Momen lentur
F
NB= 0 N
Vx1= 24,78 N
MF=0 N.mm
X= 270 H
NC= 0 N
Vx1= 24,78 N
MH=6690,6 N.mm
Y–Y
X= 270 H
NC= 0 N
Vx2= 24,78 N
MH=6690,6 N.mm
X= 390 G
ND= 0 N
Vx2= – 28,17 N MG=3310,2 N.mm
Z–Z
X= 390 G
ND= 0 N
Vx3= – 28,17 N MG=3310,2 N.mm
X= 470 E
NA= 0 N
Vx3= – 81,12 N ME= 0 N.mm
32
Diagram gaya:
33
Tegangan pada Rangka E-F -
Rangka yang digunakan adalah profil L ST 37 h. Dimensi Rangka : 40mm x 40mm x 3mm i. Momen Inersia (I): I= t
(b + l)
I= 3
(37 + 40)
(
)
(37) (40)
(40+37) (
I= 3 I= 3
(b) (l)
924
924
)(
)
I= 3 x 23821,04 I= 71463,12 mm
j. Jarak titik berat Y = 2 (b + l) =
(
)
=
= 8,88 mm
k. Beban Maksimum (Mmax)= 6690,6 N.mm l. Faktor keamanan (Sf) = 3 m. Tegangan yield pada st37 (σy) = 240 N/mm2 (karena Sf = 3) = 80 N/mm2
Maka Tegangan tarik ijn (σijin) = n. Tegangan tarik rangka (σ)= =
.
,
.
,
.
,
= 0,83 N/mm2 Jadi karena σijin > σ maka pemilihan rangka dengan beban besi Profil St 37 dengan dimensi 40mm x 40mm x 3mm aman untuk menahan beban.
34
Perhitungan Las Diketahui: P = 20kg . 10 m/s = 200 N karena beban maksimal yang digunakan 1 batang rangka, maka P = 100 N Panjang plat (e)
= 470 mm
Panjang las ( l )
= 40 mm
Tegangan tarik maks (σu) = 370 N/mm2 Tegangan bending (σb)
= 0,36 x σu = 133,2 N/mm2
Tegangan ijn (
= 0,18 x σu = 66,6 N/mm2
)
a. Mencari Throat area A=txl = 0,707 s x 40 = 28,28 s mm2 b. Tegangan geser
=
=
=
,
,
N/mm2
c. Moment bending M=Pxe = 75 x 470 = 35250 N.mm
Gambar 3.16. Tipe Las sudut
35
d. Mencari Section Modulus t x (l)2
Z= =
6
0,707 s x (40)2 6
= 188,53 s mm2 e. Tegangan bending
=
= =
35250
188,53
186,97
N/mm2
f. Diketahui tegangan geser max (
τmax =
1
(σb ) + 4. τ
2
66,6 =
1
,
66,6 =
1
34957,78
1
34985,87
2
s2
2
66,6 = 2 ,
66,6 =
s=
,
) = 66,6 N/mm2
+ 4. + 4.
,
7,02 s2
s2
,
s = 1,4 mm Dari hasil perhitungan diatas, didapatkan ukuran las (s) yaitu 1,4 mm
